PROPRIETES DES PIERRES ALTEREES PAR LES CYCLES DE GEL-DEGEL

PROPRIETES DES PIERRES ALTEREES PAR LES CYCLES DE GEL-DEGEL

COMPORTEMENT THERMIQUE DES PIERRES PENDANT LES CYCLES DE GEL-DEGEL

L’évolution du comportement thermique des pierres est menée grâce au suivi de la température au cœur et à la surface des échantillons et au suivi des déformations latérale, axiale et volumique pendant les cycles de gel-dégel. Pour le suivi de la température, un échantillon de chaque pierre est instrumenté avec deux thermocouples ;

un thermocouple est fixé à la surface et le second est placé au centre de l’échantillon. Le suivi des déformations est réalisé grâce à quatre jauges de déformations, deux en positions latérales et deux en positions axiales.

. Suivi de la température pendant les cycles de gel-dégel Le comportement thermique des pierres est schématisé sur la figure 4-1. Lorsque la température s’abaisse en dessous de 0°C, l’eau contenue dans la pierre reste liquide, il 85 s’agit de la surfusion (phase 1). A la fin de la surfusion, la transformation d’eau en glace démarre. Comme il s’agit une réaction exothermique, la température remonte et tend vers 0°C (phase 2).

A ce stade, la température de la pierre reflète l’équilibre entre l’apport de chaleur dû à la formation de la glace et la perte de chaleur dans l’environnement (phase 3). Cette température reste stable tant que toute l’eau susceptible de geler n’est pas transformée en glace. Pendant cette étape, l’eau non gelée peut migrer vers le front de glace. Une fois l’eau transformée en glace, le dégagement de chaleur s’arrête et la température au sein de la pierre peut s’abaisser à nouveau (phase 4).

Température 0°C 4 Temps

Température réelle Température imposée Figure 4-1 : Température de l’eau pendant une phase de gel (d’après Thomachot, 2002) (1) Domaine de surfusion ; (2) Réaction exothermique ; (3) Equilibre thermique ; (4) Abaissement de la température du système Les cinq pierres calcaires présentent ce comportement thermique pendant les phases de gel (Figure 4-2). Ce comportement est similaire pour les cinq pierres, mais il existe des différences au niveau de la température de fin de surfusion (Figure 4-1, fin de la phase 1), de la température à la fin de la transformation d’eau en glace (Figure 4-1, début de la phase 4), et de la durée de la congélation de l’eau (Figure 4-1, phases 2 et 3).

Ces différences de comportement sont dues à la morphologie du réseau poreux et à la teneur en eau des échantillons. Plus la teneur en eau est élevée, plus la durée du gel s’allonge. Il est important de noter que le comportement thermique de chaque pierre n’est pas modifié au cours des cycles de gel-dégel.

Pour les pierres de Massangis et de Lens, la température de fin de la surfusion est respectivement de – 5°C et de – 8°C et remonte jusqu’à respectivement – 1°C et – 6°C (Figure 4-1, phase 2). La transformation de l’eau en glace (Figure 4-1, phases 2 et 3) dure 12 minutes pour la pierre de Massangis et 3 minutes pour la pierre de Lens. Pour ces deux pierres, il n’y a pas de gradient thermique entre la température au centre de l’échantillon et sa surface.