CA2342119A1 - Automatisation du test d'absorption d'eau dans les materiaux poreux - Google Patents
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Description
AUTOMATISATION DU TEST D'ABSORPTION D'EAU DANS I~ES
MATERIAUX POREUX
CHAMP
La présente invention porte sur un appareil pour la mesure automatique de l'absorption d'eau et la quantification des capacités d'absorption par des matériaux poreux insaturés, notamment des matériaux de construction tels bétons de ciment, briques, pierre, enrobés bitumineux, plâtre, etc.
HISTORIQUE
La détérioration des ouvrages (pont, viaducs, tunnels, routes...) et des immeubles est principalement due à l'eau qui pénètre par capillarité dans les matériaux de construction, comme la brique, la pierre ou le béton. Les mécanismes de dégradation impliquant la présence d'eau sont très nombreux et ont été abondamment décrits dans la littérature spécialisée. L'endommagement peut résulter par exemple des effets des cycles gel/dégel, du lessivage du matériau (dissolution, migration sélective d'éléments chimiques), des interactions entre les éléments en solution ou en suspension dans l'eau, comme les ions sodium et chlore ou le C02, avec la matrice poreuse ou les armatures qu' elle contient, du développement de mousses, d'algues ou de champignons. La durée de vie des immeubles et des ouvrages dépend donc de façon critique des volumes d'eau qui transitent dans la structure pendant son utilisation effective qui sont directement reliés aux capacités d'absorption des différents matériaux utilisés. I1 est donc essentiel de quantifier les propriétés d'absorption de ces matériaux pour estimer et éventuellement améliorer la durabilité des ouvrages. Cette nécessité, reconnue très tôt, a motivé un très grand nombre d'études depuis le début du siècle et cet effort se poursuit actuellement de façon soutenue.
Une des façons les plus simples de caractériser les capacités d'absorption des matériaux poreux consiste à
mesurer le changement de masse d'un échantillon dont une des extrémités est mise en contact de façon continue avec de l'eau. Cette expérience, généralement appelée test d'absorption dans la littérature spécialisée, permet d'obtenir la quantité d'eau pénétrant par capillarité dans le matériau en fonction du temps. Cette procédure est classiquement utilisée en génie de la construction. Elle a fait l'objet de plusieurs recommandations par différents organismes internationaux ("Standard Test Methods for Sampling and Testing Brick and Structural Clay Tile", ASTM, 2000, C67-99a, 1-10; "Méthode d'essai des bétons", Recommandations provisoires, RILEM, 1972, Materials and structures, 7, 291-296) et a été décrite dans de nombreuses publications ("Water sorptivity of mortars and concretes: a review", C. Hall (1989), Magazine of concrete Research, 41, 51-61; "Barrier performance of concrete: A review of fluid transport theory", C. Hall (1994), Material and structures, 1994, 27, 291-306). Dans l'ensemble de ces documents, on suggère de réaliser manuellement l'opération de pesée.
L'échantillon est retiré à intervalle régulier du réservoir, grossièrement épongé pour éliminer l'eau en excès qui pourrait subsister à la surface de l'éprouvette, pesé sur une balance de précision, puis replacé au contact de l'eau.
L'interruption du processus d'absorption et la présence d'une quantité d'eau résiduelle qu'on ne peut estimer à la surface de l'échantillon au moment de la pesée peuvent entraîner une grande imprécision des mesures. L'erreur est particulièrement importante en début d'expérience, la quantité d'eau présente à la surface de l'échantillon pouvant dans certains cas être largement supérieure à la quantité d'eau réellement absorbée par l'échantillon. Il faut souligner qu'aucun des documents cités plus haut ne donne d'indication sur la façon d'estimer ou de réduire cette erreur. De plus, le fait que la mesure de la quantité d'eau absorbée nécessite plusieurs manipulations réduit considérablement la fréquence à laquelle les mesures peuvent être effectuées.
MATERIAUX POREUX
CHAMP
La présente invention porte sur un appareil pour la mesure automatique de l'absorption d'eau et la quantification des capacités d'absorption par des matériaux poreux insaturés, notamment des matériaux de construction tels bétons de ciment, briques, pierre, enrobés bitumineux, plâtre, etc.
HISTORIQUE
La détérioration des ouvrages (pont, viaducs, tunnels, routes...) et des immeubles est principalement due à l'eau qui pénètre par capillarité dans les matériaux de construction, comme la brique, la pierre ou le béton. Les mécanismes de dégradation impliquant la présence d'eau sont très nombreux et ont été abondamment décrits dans la littérature spécialisée. L'endommagement peut résulter par exemple des effets des cycles gel/dégel, du lessivage du matériau (dissolution, migration sélective d'éléments chimiques), des interactions entre les éléments en solution ou en suspension dans l'eau, comme les ions sodium et chlore ou le C02, avec la matrice poreuse ou les armatures qu' elle contient, du développement de mousses, d'algues ou de champignons. La durée de vie des immeubles et des ouvrages dépend donc de façon critique des volumes d'eau qui transitent dans la structure pendant son utilisation effective qui sont directement reliés aux capacités d'absorption des différents matériaux utilisés. I1 est donc essentiel de quantifier les propriétés d'absorption de ces matériaux pour estimer et éventuellement améliorer la durabilité des ouvrages. Cette nécessité, reconnue très tôt, a motivé un très grand nombre d'études depuis le début du siècle et cet effort se poursuit actuellement de façon soutenue.
Une des façons les plus simples de caractériser les capacités d'absorption des matériaux poreux consiste à
mesurer le changement de masse d'un échantillon dont une des extrémités est mise en contact de façon continue avec de l'eau. Cette expérience, généralement appelée test d'absorption dans la littérature spécialisée, permet d'obtenir la quantité d'eau pénétrant par capillarité dans le matériau en fonction du temps. Cette procédure est classiquement utilisée en génie de la construction. Elle a fait l'objet de plusieurs recommandations par différents organismes internationaux ("Standard Test Methods for Sampling and Testing Brick and Structural Clay Tile", ASTM, 2000, C67-99a, 1-10; "Méthode d'essai des bétons", Recommandations provisoires, RILEM, 1972, Materials and structures, 7, 291-296) et a été décrite dans de nombreuses publications ("Water sorptivity of mortars and concretes: a review", C. Hall (1989), Magazine of concrete Research, 41, 51-61; "Barrier performance of concrete: A review of fluid transport theory", C. Hall (1994), Material and structures, 1994, 27, 291-306). Dans l'ensemble de ces documents, on suggère de réaliser manuellement l'opération de pesée.
L'échantillon est retiré à intervalle régulier du réservoir, grossièrement épongé pour éliminer l'eau en excès qui pourrait subsister à la surface de l'éprouvette, pesé sur une balance de précision, puis replacé au contact de l'eau.
L'interruption du processus d'absorption et la présence d'une quantité d'eau résiduelle qu'on ne peut estimer à la surface de l'échantillon au moment de la pesée peuvent entraîner une grande imprécision des mesures. L'erreur est particulièrement importante en début d'expérience, la quantité d'eau présente à la surface de l'échantillon pouvant dans certains cas être largement supérieure à la quantité d'eau réellement absorbée par l'échantillon. Il faut souligner qu'aucun des documents cités plus haut ne donne d'indication sur la façon d'estimer ou de réduire cette erreur. De plus, le fait que la mesure de la quantité d'eau absorbée nécessite plusieurs manipulations réduit considérablement la fréquence à laquelle les mesures peuvent être effectuées.
2 Les résultats du test d'absorption, le plus souvent obtenus sur des périodes d'une heure ou moins, sont ensuite extrapolés pour les temps caractéristiques des durées d'utilisation ouvrages et immeubles à partir de la théorie des écoulements en milieux insaturés dont une description est donnée dans les documents de C. Hall susmentionnés. Le modèle théorique, utilisé en routine depuis près de 20 ans en génie de la construction, prévoit que l'augmentation de la quantité
d'eau absorbée par capillarité pendant le test d'absorption varie proportionnellement à t1~2 (où t est le temps pendant lequel l'échantillon est en contact avec l'eau). La constante de proportionnalité, appelée sorptivité, est généralement interprétée comme une propriété physique intrinsèque du matériau qui caractérise sa capacité à absorber l'eau par capillarité. I1 n'est généralement tenu aucun compte du fait que le contenu en eau est initialement nul dans le matériau (bien que cette condition soit imposée) et on néglige les mesures réalisées en début d'expérience dans le calcul de la sorptivité, tel qu'il appert dans les documents de C. Hall susmentionnés et dans "A water sorptivity test for mortar and concrete", B.B. Sabir et coll., 1998, Materials and structures, 31, 568-574.
La théorie des écoulements en milieux insaturés (telle que résumée dans les documents de C. Hall susmentionnés) ne rend pas compte de façon satisfaisante du processus d'infiltration dans les milieux poreux. L'ensemble des données que nous avons pu analyser indique que la quantité d'eau absorbée par capillarité varie proportionnellement à ta, avec a, généralement différent de 1/2. Dans la suite, ce modèle sera appelé modèle de diffusion anormale. Les capacitês d'absorption des matériaux poreux peuvent donc être largement supérieures à celles prédites par le modèle classique. La façon la plus directe de déterminer a consiste à rechercher la meilleure approximation en loi de puissance des données d'absorption. La précision sur l'estimation de a dépend donc de façon cruciale de la qualité de la mesure de la quantité
d'eau absorbée par le matériau dès le début du test d'absorption. L'amélioration du test d'absorption est donc
d'eau absorbée par capillarité pendant le test d'absorption varie proportionnellement à t1~2 (où t est le temps pendant lequel l'échantillon est en contact avec l'eau). La constante de proportionnalité, appelée sorptivité, est généralement interprétée comme une propriété physique intrinsèque du matériau qui caractérise sa capacité à absorber l'eau par capillarité. I1 n'est généralement tenu aucun compte du fait que le contenu en eau est initialement nul dans le matériau (bien que cette condition soit imposée) et on néglige les mesures réalisées en début d'expérience dans le calcul de la sorptivité, tel qu'il appert dans les documents de C. Hall susmentionnés et dans "A water sorptivity test for mortar and concrete", B.B. Sabir et coll., 1998, Materials and structures, 31, 568-574.
La théorie des écoulements en milieux insaturés (telle que résumée dans les documents de C. Hall susmentionnés) ne rend pas compte de façon satisfaisante du processus d'infiltration dans les milieux poreux. L'ensemble des données que nous avons pu analyser indique que la quantité d'eau absorbée par capillarité varie proportionnellement à ta, avec a, généralement différent de 1/2. Dans la suite, ce modèle sera appelé modèle de diffusion anormale. Les capacitês d'absorption des matériaux poreux peuvent donc être largement supérieures à celles prédites par le modèle classique. La façon la plus directe de déterminer a consiste à rechercher la meilleure approximation en loi de puissance des données d'absorption. La précision sur l'estimation de a dépend donc de façon cruciale de la qualité de la mesure de la quantité
d'eau absorbée par le matériau dès le début du test d'absorption. L'amélioration du test d'absorption est donc
3 une nécessité pour parvenir à une estimation correcte des capacités d'absorption des matériaux de construction et justifie le développement d'un appareil spécifique.
SOMMAIRE
Un objet de la présente invention concerne la mise au point d'un appareil de mesure qui vise à améliorer l'estimation des propriétés d'absorption des matériaux de construction en vue de parvenir à un meilleur diagnostic sur la durabilité des ouvrages. Cet appareillage est susceptible d'être utilisé par tout bureau d'études, laboratoire ou entreprise impliqués dans le design, la construction ou la restauration d'ouvrages et de bâtiments.
La présente invention vise ainsi le développement d'un appareil pour la mesure automatique de l'absorption d'eau et la quantification des capacités d'absorption par les matériaux poreux insaturés (bétons de ciment, briques, pierre, enrobés bitumineux, plâtre, etc.) Pour caractériser les capacités d'absorption des matériaux poreux insaturés de façon plus rigoureuse, nous proposons i) l'automatisation de la pesée pour la mesure en continu des variations de la masse de l'échantillon au cours du test d'absorption associé à ii) un outil d'analyse des données basé sur le modèle théorique de l'infiltration développé par les auteurs.
L'automatisation de la pesée vise à:
1) supprimer les erreurs résultant des interruptions à
répétition du test d'absorption (arrêt temporaire du processus d'absorption pour la pesée et eau en excès à la surface de l'éprouvette), 2) obtenir des mesures significatives de la quantité d'eau absorbée par les matériaux dès le début du processus, 3) augmenter la fréquence des mesures au cours du test.
Le principe de l'automatisation de la pesée au cours du test d'absorption a déjà été proposé et utilisé par Sabir et roll.
dans le document précité. Les objectifs des auteurs se limitent cependant au point 1 évoqué ci-dessus (fin du
SOMMAIRE
Un objet de la présente invention concerne la mise au point d'un appareil de mesure qui vise à améliorer l'estimation des propriétés d'absorption des matériaux de construction en vue de parvenir à un meilleur diagnostic sur la durabilité des ouvrages. Cet appareillage est susceptible d'être utilisé par tout bureau d'études, laboratoire ou entreprise impliqués dans le design, la construction ou la restauration d'ouvrages et de bâtiments.
La présente invention vise ainsi le développement d'un appareil pour la mesure automatique de l'absorption d'eau et la quantification des capacités d'absorption par les matériaux poreux insaturés (bétons de ciment, briques, pierre, enrobés bitumineux, plâtre, etc.) Pour caractériser les capacités d'absorption des matériaux poreux insaturés de façon plus rigoureuse, nous proposons i) l'automatisation de la pesée pour la mesure en continu des variations de la masse de l'échantillon au cours du test d'absorption associé à ii) un outil d'analyse des données basé sur le modèle théorique de l'infiltration développé par les auteurs.
L'automatisation de la pesée vise à:
1) supprimer les erreurs résultant des interruptions à
répétition du test d'absorption (arrêt temporaire du processus d'absorption pour la pesée et eau en excès à la surface de l'éprouvette), 2) obtenir des mesures significatives de la quantité d'eau absorbée par les matériaux dès le début du processus, 3) augmenter la fréquence des mesures au cours du test.
Le principe de l'automatisation de la pesée au cours du test d'absorption a déjà été proposé et utilisé par Sabir et roll.
dans le document précité. Les objectifs des auteurs se limitent cependant au point 1 évoqué ci-dessus (fin du
4 paragraphe 2 p.569 du document de Sabir et coll.) qui constitue la seule motivation au développement d'une pesêe automatique au cours du test d'absorption.
L'outil d'analyse vise à quantifier les propriétés d'absorption des matériaux poreux à partir des mesures d'absorption à partir du modèle d'absorption dit de diffusion anormale. I1 est important de souligner ici que l'utilisation des données fournies par le test d'absorption à des fins diagnostiques (extrapolation des mesures d'absorption effectuées en laboratoire à la durée d'utilisation réelle des ouvrages) est en pratique indissociable du modèle d'interprétation utilisé. I1 est par conséquent justifié de considérer le modèle d'interprétation développé par les inventeurs comme une partie de l'invention.
L'appareil que nous proposons (planche 1) comporte 4 éléments distincts qui sont .
1) Un dispositif de pesée constitué d'un capteur de force auquel est suspendu l'échantillon.
2) Un réservoir d'eau dans lequel l'extrémité inférieure de l'échantillon sera immergée.
3) Un dispositif électronique constitué d'un amplificateur et d'un convertisseur analogique-numérique auquel est connecté le capteur de force. L'ensemble est relié à un ordinateur de type PC pour le stockage et l'analyse des données.
4) Un élément logiciel, installé sur un ordinateur qui permet de a) piloter l'expérience et b) d'analyser les mesures de manière à prédire suivant le modèle théorique récemment développé par les concepteurs du dispositif.
Les trois premiers éléments sont assemblés sur un bâti rigide et constituent l'appareil de mesure d'absorption proprement dit (planche 1). La partie logicielle est installée sur un ordinateur auquel sont connectés l'amplificateur et le convertisseur analogique-numérique. L'ordinateur sur lequel sont enregistrées les mesures ne fait pas partie de l'invention.
L'outil d'analyse vise à quantifier les propriétés d'absorption des matériaux poreux à partir des mesures d'absorption à partir du modèle d'absorption dit de diffusion anormale. I1 est important de souligner ici que l'utilisation des données fournies par le test d'absorption à des fins diagnostiques (extrapolation des mesures d'absorption effectuées en laboratoire à la durée d'utilisation réelle des ouvrages) est en pratique indissociable du modèle d'interprétation utilisé. I1 est par conséquent justifié de considérer le modèle d'interprétation développé par les inventeurs comme une partie de l'invention.
L'appareil que nous proposons (planche 1) comporte 4 éléments distincts qui sont .
1) Un dispositif de pesée constitué d'un capteur de force auquel est suspendu l'échantillon.
2) Un réservoir d'eau dans lequel l'extrémité inférieure de l'échantillon sera immergée.
3) Un dispositif électronique constitué d'un amplificateur et d'un convertisseur analogique-numérique auquel est connecté le capteur de force. L'ensemble est relié à un ordinateur de type PC pour le stockage et l'analyse des données.
4) Un élément logiciel, installé sur un ordinateur qui permet de a) piloter l'expérience et b) d'analyser les mesures de manière à prédire suivant le modèle théorique récemment développé par les concepteurs du dispositif.
Les trois premiers éléments sont assemblés sur un bâti rigide et constituent l'appareil de mesure d'absorption proprement dit (planche 1). La partie logicielle est installée sur un ordinateur auquel sont connectés l'amplificateur et le convertisseur analogique-numérique. L'ordinateur sur lequel sont enregistrées les mesures ne fait pas partie de l'invention.
5 Le fonctionnement de l'appareil repose sur les trois grands principes suivants:
- l'absorption d'eau par l'échantillon et la pesée sont réalisées simultanément. Le dispositif permet donc d'enregistrer en continu les variations de la masse de l'échantillon au cours du processus d'absorption.
- le dispositif de pesée est fixe pour éviter les perturbations de la mesure qui pourraient résulter du déplacement du capteur au moment de la mise en contact de l'échantillon avec la surface de l'eau. Le réservoir est mobile et peut être déplacé verticalement pour permettre de mettre l'échantillon en contact avec l'eau.
- Le niveau d'eau est constant dans le réservoir. Le maintien à un niveau constant du niveau d'eau est assuré en alimentant de façon permanente le réservoir au cours de l'expérience. Le renouvéllement de l'eau dans le réservoir permet en outre de conserver le liquide à une température constante et donc de réduire les biais expérimentaux qui pourraient résulter d'un changement des propriétés physiques.
DESCRIPTION DES RÉALISATIONS PRÉFÉRÉES
Nous décrivons un dispositif pour la mesure d'échantillons d'une longueur de 10 à 20 cm pour un poids maximum de 1.5 kg et pour une section utile d'absorption de l'ordre de 10 cm~.
L'appareil est conçu pour effectuer plusieurs mesures par seconde. Les cotes qui figurent sur les différentes planches qui accompagnent la description de l'invention ne sont données qu'à titre indicatif et pourront être modifiées sans remettre en cause l'ensemble du dispositif. La taille du dispositif (bâti et réservoir) et les capacités des instruments de mesure devront être modifiées si l'on veut mesurer des échantillons de plus grande dimension. Dans les paragraphes suivants, nous avons identifié les caractéristiques principales de chaque élément du dispositif, qui constituent les éléments de l'invention proprement dite.
Nous avons ensuite décrit une façon d'obtenir les fonctions
- l'absorption d'eau par l'échantillon et la pesée sont réalisées simultanément. Le dispositif permet donc d'enregistrer en continu les variations de la masse de l'échantillon au cours du processus d'absorption.
- le dispositif de pesée est fixe pour éviter les perturbations de la mesure qui pourraient résulter du déplacement du capteur au moment de la mise en contact de l'échantillon avec la surface de l'eau. Le réservoir est mobile et peut être déplacé verticalement pour permettre de mettre l'échantillon en contact avec l'eau.
- Le niveau d'eau est constant dans le réservoir. Le maintien à un niveau constant du niveau d'eau est assuré en alimentant de façon permanente le réservoir au cours de l'expérience. Le renouvéllement de l'eau dans le réservoir permet en outre de conserver le liquide à une température constante et donc de réduire les biais expérimentaux qui pourraient résulter d'un changement des propriétés physiques.
DESCRIPTION DES RÉALISATIONS PRÉFÉRÉES
Nous décrivons un dispositif pour la mesure d'échantillons d'une longueur de 10 à 20 cm pour un poids maximum de 1.5 kg et pour une section utile d'absorption de l'ordre de 10 cm~.
L'appareil est conçu pour effectuer plusieurs mesures par seconde. Les cotes qui figurent sur les différentes planches qui accompagnent la description de l'invention ne sont données qu'à titre indicatif et pourront être modifiées sans remettre en cause l'ensemble du dispositif. La taille du dispositif (bâti et réservoir) et les capacités des instruments de mesure devront être modifiées si l'on veut mesurer des échantillons de plus grande dimension. Dans les paragraphes suivants, nous avons identifié les caractéristiques principales de chaque élément du dispositif, qui constituent les éléments de l'invention proprement dite.
Nous avons ensuite décrit une façon d'obtenir les fonctions
6 de chaque élément de l'appareil qui respecte les caractéristiques définies.
A) Bâti Caractéristiques: rigide, indéformable. Dispositif de réglage de l'horizontale. Système d'amortissement des vibrations de hautes fréquences.
Le bâti supporte le réservoir et le dispositif de pesée évoqués au paragraphe précédent. Sa géométrie pourra évoluer dans les versions successives de la machine. Les matériaux choisis pour sa fabrication doivent être inoxydables et imputrescibles et suffisamment rigides pour supporter l'augmentation progressive de la masse de l'échantillon au cours de l'expérience sans déformation. Il pourra s'agir par exemple d'acier inoxydable, de matière plastique ou d'un alliage d'aluminium. Le dispositif repose sur trois (3) ou quatre (4) pieds dont la hauteur est ajustable de façon à
placer la plateforme qui supporte le réservoir dans le plan horizontal. Un niveau à bulle est placé au sommet du dispositif et facilite la recherche de l'horizontale. Chaque pied est muni d'un coussinet en caoutchouc, dont la fonction est d'absorber les vibrations hautes fréquences qui pourraient provenir d'autres appareillages situés à proximité
du dispositif ou du système de climatisation des bâtiments par exemple. L'élimination des vibrations hautes fréquences doit permettre de réduire les perturbations qui pourraient parasiter l'enregistrement de l'absorption.
B) Dispositif de pesée Caractéristiques: Le dispositif de pesée est fixe et solidaire du bâti. Ce principe vise à limiter les perturbations de la mesure au moment de la mise en contact de l'échantillon avec la surface de l'eau.
A) Bâti Caractéristiques: rigide, indéformable. Dispositif de réglage de l'horizontale. Système d'amortissement des vibrations de hautes fréquences.
Le bâti supporte le réservoir et le dispositif de pesée évoqués au paragraphe précédent. Sa géométrie pourra évoluer dans les versions successives de la machine. Les matériaux choisis pour sa fabrication doivent être inoxydables et imputrescibles et suffisamment rigides pour supporter l'augmentation progressive de la masse de l'échantillon au cours de l'expérience sans déformation. Il pourra s'agir par exemple d'acier inoxydable, de matière plastique ou d'un alliage d'aluminium. Le dispositif repose sur trois (3) ou quatre (4) pieds dont la hauteur est ajustable de façon à
placer la plateforme qui supporte le réservoir dans le plan horizontal. Un niveau à bulle est placé au sommet du dispositif et facilite la recherche de l'horizontale. Chaque pied est muni d'un coussinet en caoutchouc, dont la fonction est d'absorber les vibrations hautes fréquences qui pourraient provenir d'autres appareillages situés à proximité
du dispositif ou du système de climatisation des bâtiments par exemple. L'élimination des vibrations hautes fréquences doit permettre de réduire les perturbations qui pourraient parasiter l'enregistrement de l'absorption.
B) Dispositif de pesée Caractéristiques: Le dispositif de pesée est fixe et solidaire du bâti. Ce principe vise à limiter les perturbations de la mesure au moment de la mise en contact de l'échantillon avec la surface de l'eau.
7 B.l Capteur L'élément principal du dispositif de mesure est un capteur de forces fonctionnant soit en torsion, comme c'est le cas sur le prototype actuel (capteur TEDEA Huntleigh, modèle 1030) soit en traction-compression, connecté à un pont complet lui même relié à un amplificateur. Nous proposons actuellement un appareil "strain indicator" P3500 de la société Measurements Group V pour les mesures. Dans une version ultérieure, un appareillage similaire plus compact pourra être utilisé. Le capteur doit pouvoir supporter les poids combinés de la bride et de l'échantillon poreux saturé.
Dans la version actuelle du dispositif, la capacité maximale du capteur est de 2 kg (20 Newtons) avec une résolution de 0.1 g. L'appareil peut supporter des échantillons d'un poids sec maximum de 1.5 kg. Un capteur opérant sur une plage de chargement plus large peut éventuellement être utilisé pour des échantillons plus lourds sans nécessiter de modification du principe du dispositif. Le système de pesée est muni d'une butée mécanique fixe solidaire du bâti pour prévenir l'endommagement du capteur qui pourrait résulter d'un dépassement de capacité en cours de manipulation. Une seconde butée amovible permet de bloquer le capteur en position neutre pendant la mise en place de l'échantillon.
B.2 Bride (planche 2) L'échantillon est suspendu au capteur de force par l'intermédiaire d'une bride. Cette bride doit permettre de fixer un échantillon de forme prismatique ou cylindrique de section et de longueur variables. Elle doit maintenir l'échantillon dans l'axe du dispositif de mesure en position verticale. La bride que nous avons mise au point comprend deux parties distinctes (planche 2): a) un dispositif d'amarrage au capteur. La bride possède un trou fileté à son sommet par lequel passe une tige filetée dont une des extrémités est reliée au capteur. La bride peut être déplacée sur la tige par vissage et dévissage selon la longueur de
Dans la version actuelle du dispositif, la capacité maximale du capteur est de 2 kg (20 Newtons) avec une résolution de 0.1 g. L'appareil peut supporter des échantillons d'un poids sec maximum de 1.5 kg. Un capteur opérant sur une plage de chargement plus large peut éventuellement être utilisé pour des échantillons plus lourds sans nécessiter de modification du principe du dispositif. Le système de pesée est muni d'une butée mécanique fixe solidaire du bâti pour prévenir l'endommagement du capteur qui pourrait résulter d'un dépassement de capacité en cours de manipulation. Une seconde butée amovible permet de bloquer le capteur en position neutre pendant la mise en place de l'échantillon.
B.2 Bride (planche 2) L'échantillon est suspendu au capteur de force par l'intermédiaire d'une bride. Cette bride doit permettre de fixer un échantillon de forme prismatique ou cylindrique de section et de longueur variables. Elle doit maintenir l'échantillon dans l'axe du dispositif de mesure en position verticale. La bride que nous avons mise au point comprend deux parties distinctes (planche 2): a) un dispositif d'amarrage au capteur. La bride possède un trou fileté à son sommet par lequel passe une tige filetée dont une des extrémités est reliée au capteur. La bride peut être déplacée sur la tige par vissage et dévissage selon la longueur de
8 l'échantillon. Un débattement de 5 à 10 cm est prévu pour faciliter l'ajustement. Un boulon permet de bloquer la bride sur la tige, une fois le réglage terminé. b) deux (2) mâchoires mobiles situées à la base de la bride permettent de pincer fortement et immobiliser l'échantillon. La tête supérieure de l'échantillon vient s'appuyer sur une plaque munie d'ergots de quelques millimètres de longueur et perpendiculaire à l'axe de la bride. La plaque sert de surface de référence et garantit que l'échantillon est vertical et placé dans l'axe du dispositif de mesures. Les ergots facilitent la libre circulation de l'air entre la plaque et la face supérieure de l'échantillon de façon à
prévenir tout confinement aux bordures de l'échantillon qui pourrait influencer le processus d'absorption.
C) Alimentation en eau Caractéristiques: alimentation permanente et écoulement stationnaire, maintien du niveau d'eau constant, dispositif de levage, taille réduite et faible volume d'eau pour une manipulation facile.
C.1 Réservoir La configuration du réservoir doit permettre de conserver un niveau d'eau constant au cours de l'expérience. Pour ce faire, une circulation d'eau permanente est établie dans le réservoir. Le réservoir est formé de trois chambres contiguës, respectivement désignées comme la chambre d'alimentation, la chambre de mesure et le trop-plein, séparées par des parois verticales. Le réservoir est alimenté
en eau par un orifice situé sur la partie supérieure de la chambre d'alimentation. La communication entre la chambre d'alimentation et la chambre de mesure s'effectue par un étroit passage situé dans la partie inférieure de la paroi verticale qui les sépare. L'eau circule donc de haut en bas dans le réservoir d'alimentation avant de passer dans la chambre de mesure. Ce mode de circulation facilite
prévenir tout confinement aux bordures de l'échantillon qui pourrait influencer le processus d'absorption.
C) Alimentation en eau Caractéristiques: alimentation permanente et écoulement stationnaire, maintien du niveau d'eau constant, dispositif de levage, taille réduite et faible volume d'eau pour une manipulation facile.
C.1 Réservoir La configuration du réservoir doit permettre de conserver un niveau d'eau constant au cours de l'expérience. Pour ce faire, une circulation d'eau permanente est établie dans le réservoir. Le réservoir est formé de trois chambres contiguës, respectivement désignées comme la chambre d'alimentation, la chambre de mesure et le trop-plein, séparées par des parois verticales. Le réservoir est alimenté
en eau par un orifice situé sur la partie supérieure de la chambre d'alimentation. La communication entre la chambre d'alimentation et la chambre de mesure s'effectue par un étroit passage situé dans la partie inférieure de la paroi verticale qui les sépare. L'eau circule donc de haut en bas dans le réservoir d'alimentation avant de passer dans la chambre de mesure. Ce mode de circulation facilite
9 l'élimination des bulles d'air éventuelles et ralentit le fluide à l'entrée de la chambre de mesure de manière à
garantir un écoulement laminaire et éliminer toute fluctuation du niveau d'eau dans le réservoir. Une partie de l'eau contenue dans la chambre de mesure est absorbée par capillarité par l'échantillon. L'eau en excès est évacuée de façon continue vers le trop-plein. Pour faciliter l'écoulement continu de l'eau en excès, la face supérieure de la paroi verticale qui sépare les deux chambres est taillée en biseau et recouverte d'un tissu absorbant de type feutre ou coton d'environ lmm d'épaisseur, dont la fonction est d'empêcher la formation d'un bourrelet d'eau à l'interface paroi-liquide. L'eau en excès est ensuite évacuée par un orifice de grand diamètre situé à la base du trop-plein. ha hauteur du réservoir est petite (quelques centimètres). La chambre de mesures forme la partie la plus grande du réservoir et peut recevoir des échantillons dont la section peut atteindre 100 cm2 (10X10 cm). Les volumes d'eau impliqués étant réduits, la manipulation du réservoir est aisée. Du polyméthyle méthacrylate (PMMA) ou tout autre matière plastique rigide est utilisée pour la fabrication du réservoir.
C.2 Contrôle de l'alimentation en eau Le réservoir est normalement alimenté par le réseau municipal de distribution d'eau auquel il est relié par un simple tuyau en plastique souple. La section de l'orifice à
l'entrée de la chambre d'alimentation est plus petite que la section du tuyau d'alimentation. Le rétrécissement de la section du tube d'alimentation vise à éviter la formation de bulles à l'entrée du réservoir qui pourraient entraîner une oscillation du niveau d'eau. Le débit est actuellement contrôlé par un simple robinet et réglé manuellement. Les débits utilisés sont de l'ordre du cm3 s-1. Un débit-mètre et un régulateur de pression pourront éventuellement être installés sur le tuyau d'alimentation en amont du réservoir pour un contrôle plus précis de l'alimentation. Ces instruments pourront être pilotés à partir de l'ordinateur.
C.3 Dispositif de levage Le réservoir doit pouvoir être déplacé verticalement pour permettre la mise en contact de la face inférieure de l'échantillon avec 1a surface d'eau libre au début de l'expérience. Le déplacement doit être lent et continu pour empêcher l'oscillation de la surface liquide et éviter tout déversement qui viendrait modifier temporairement la hauteur d'eau dans le réservoir. Le système de levage doit de plus garantir l'horizontalité du réservoir et permettre l'ajustement de la hauteur du réservoir selon la taille de l'échantillon dont on veut connaître les propriétés d'absorption. Un cric manuel Laboratory Jack CAT S-79151 de Sargent-Welch Scientific Co. est actuellement proposé et répond de façon satisfaisante aux exigences énoncées plus haut. Tout autre dispositif équivalent, soit un vérin hydraulique, un système de cames ou d'engrenages, est également valable, pourvu qu'il satisfasse aux objectifs définis. Le réglage de la hauteur du réservoir est actuellement réalisé manuellement. Dans une version plus élaborée, le cric pourra éventuellement être piloté par ordinateur.
D) Accessoires Plusieurs instruments peuvent être ajoutés afin d'augmenter la qualité du résultat. Nous prévoyons notamment d'installer un thermomètre et un hygromètre, qui permettront de détecter des fluctuations éventuelles de température et du degré d'humidité relative à proximité de l'échantillon en cours d'expérience qui pourraient influencer le processus d'absorption. Les mesures fournies par ces instruments pourront être utilisées pour corriger les enregistrements bruts des variations de la masse de l'échantillon au moment de l'analyse des données.
E) Élément logiciel Caractéristiques: L'élément logiciel a deux fonctions 1) pilotage de l'expérience, 2) enregistrement du signal numérique, traitement et analyse des mesures. L'analyse des données est basée sur le modèle théorique de diffusion anormale développé par les auteurs.
Une interface Easyest LX de la société Keithley Asyst peut par exemple être utilisée pour l'enregistrement des données brutes délivrées par le convertisseur analogique-numérique.
Le pilotage de l'expérience est pour le moment essentiellement manuel. Les données du test d'absorption sont traitées ultérieurement à partir de programmes développés par les auteurs et des fonctions mathématiques disponibles sur les tableurs usuels. Ces traitements permettent notamment de quantifier les capacités d'absorption à partir du modèle théorique de diffusion anormale. Le principe du logiciel est d'intégrer ces deux fonctions dans une seule interface pour disposer d'un outil de mesure et d'interprétation complet.
Nous décrivons dans la suite quelques fonctionnalités du logiciel. I1 ne s'agit en aucun cas d'une liste exhaustive.
E.1 pilotage de l'expérience et acquisition des données Le pilotage de l'expérience et l'acquisition des données sont réalisés suivant la séquence suivante.
1) Les paramètres de l'expérience et les caractéristiques de l'échantillon sont saisis: nom de l'expérience, date, caractéristique du capteur (gain, capacité maximum, etc.), nature du matériau, poids et taille de l'échantillon, section d'absorption, éventuellement porosité, durée et fréquence d'acquisition du test, débit et pression d'eau, température et humidité relative ambiantes, etc.
2) La chaîne de mesure est initialisée et testée. Une alarme est activée qui signalera tout dépassement de la capacité du capteur. Ultérieurement, nous prévoyons d'inclure la commande du dispositif de levage du réservoir, des valves d'alimentation du réservoir, et de tout autre dispositif annexe.
3) Le système est placé en mode acquisition. Les données délivrées par le capteur de forces et les différents instruments de contrôle (température, degré d'humidité
relative, débit, etc.) sont enregistrées. Une représentation en temps réel des données d'absorption permet un contrôle visuel du test.
E.2 traitement des données Le traitement consiste essentiellement:
- à convertir les données brutes (en mv) délivrées par le système d'acquisition en gramme ou en volume par unité de surface selon le type de représentation recherchée, - à corriger si nécessaire les données brutes à partir de toute donnée environnementale comme la température ou le degré d'humidité qui aurait pu influencer le processus d'absorption ou modifier les propriétés du liquide de façon à
diminuer l'incertitude sur la mesure, - à représenter l'évolution de la quantité d'eau absorbée en fonction du temps (diagramme binaire).
On utilisera pour cela les paramètres de l'expérience et les caractéristiques de l'échantillon enregistrés à l'étape précédente. Chaque étape du traitement peut être sauvegardée.
E.3 analyse des données L'analyse des données comporte trois éléments essentiels auxquels pourront se rajouter d'autres outils en cours de développement. Ces trois éléments sont:
- une fonction "lissage des données" permettant de réduire le bruit des mesures. Cet outil est indispensable lorsque la fréquence d'échantillonnage est élevée.
- une fonction "régression" en loi de puissance pour une recherche de l'exposant a et de la constante de proportionnalité.
- une fonction "dérivée" pour déterminer les fluctuations de l'exposant a, quantifier l'erreur sur ce paramètre et déterminer le taux d'absorption instantané.
Une extension possible de l'analyse des données consistera à
créer une base de données qui s'enrichira à chaque test et qu'on pourra utiliser comme base de comparaison. En particulier, on pourra déterminer selon la nature du matériau et les résultats obtenus, si les propriétés d'absorption de l'échantillon répondent aux normes en vigueur.
EXEMPLE
Nous décrivons les principales étapes de la mesure et de l'analyse des propriétés d'absorption d'un matériau poreux telles que réalisées confidentiellement en laboratoire à
partir du prototype du dispositif que nous avons mis au point.
A) Nature de l'échantillon La caractérisation des propriétés d'absorption doit être réalisée sur des échantillons homogènes isotropes. Cependant, on pourra aussi étudier l'influence des joints (contact brique-mortier, béton-ciment de réparation par exemple) ou des fractures sur les capacités d'absorption des matériaux de construction.
B) Préparation de l'échantillon On s'assurera que le pied et la tête de l'échantillon forment deux faces planes à peu près parallèles. Pour garantir le caractère uni-dimensionnel de l'expérience, on vérifiera que la section de l'éprouvette est constante sur toute sa longueur. On mesurera le plus précisément possible les dimensions de l'échantillon, de préférence avec un pied à
coulisse, de façon à obtenir une estimation précise de la surface efficace d'absorption.
Pour s'assurer d'une bonne reproductibilité des conditions de l'expérience, l'échantillon doit préalablement être chauffé à température contrôlée pour permettre un séchage complet et uniforme et stocké dans une chambre climatique à
température et humidité relative contrôlées jusqu'à
l'utilisation. La préparation de l'échantillon pourra suivre le protocole décrit dans les documents 1 et 2. L'échantillon sec est pesé avant l'expérience. Les parois latérales de l'échantillon doivent ensuite être recouvertes d'un produit scellant (goudron, paraffine, etc.) dont la fonction est d'empêcher toute infiltration d'eau par les côtés.
C) Mise en place de l'échantillon L'horizontalité du dispositif expérimental est vérifiée et le niveau corrigé si nécessaire. Le capteur de force est initialement bloqué en position neutre à l'aide de la butée amovible. L'échantillon est placé dans la bride. L'ensemble bride+ échantillon est suspendu au capteur et sa hauteur ajustée. La butée amovible qui maintenait le capteur en position neutre est retirée. Le capteur qui supporte la charge de la bride et de l' échantillon sec est initialisé à
0. En tarant le capteur après la mise en place de l'échantillon, on s'assure que les données fournies par le capteur au cours du test correspondront directement à la masse d'eau absorbée par l'échantillon.
D) Remplissage du réservoir Le réservoir est connecté à l'arrivée d'eau puis progressivement rempli en position basse. Le débit d'eau est ajusté de façon à ce que l'écoulement soit laminaire.
E) Démarrage du système informatique Le logiciel est ouvert. Une première lecture du signal délivré par le capteur est effectuée pour vérifier le fonctionnement des différents éléments du dispositif de mesure. On introduit ensuite les paramètres de l'expérience:
nom de l'expérience, nature du matériau, taille et poids de l'échantillon, fréquence de mesures, durée de l'expérience, etc. On initialise les différents instruments de mesure. On place finalement l'ordinateur en mode acquisition.
F) Mesure de l'absorption Le réservoir est progressivement monté à l'aide du cric jusqu'à ce que l'extrémité inférieure de l'échantillon soit immergée de 2 à 3 mm sous la surface de l'eau. Le temps nécessaire au positionnement du réservoir est en règle générale inférieur à 15 secondes et ne doit pas si possible excéder 30 secondes. L'enregistrement du signal fourni par le capteur débute à partir du moment où le réservoir est immobilisé dans sa position définitive. La petite quantité
d'eau absorbée par l'échantillon pendant la mise en place du réservoir n'est pas prise en compte. La durée de l'expérience peut varier de quelques minutes à plusieurs heures selon les objectifs recherchés. Le signal électrique délivré par le dispositif de mesure est converti en grammes et projeté en temps réel sur l'écran de l'ordinateur en fonction du temps.
L'ordinateur enregistre simultanément le temps écoulé en seconde, le signal du capteur en microvolt, ainsi que toutes les données relatives à l'expérience fournies par les différents instruments, comme le régulateur de pression, le thermomètre et l'hygromètre par exemple.
E) Analyse des résultats On suivra la procédure et les techniques décrites dans le document intitulé "Experimental evidences and theoretical analylsis of anomalous diffusion during water infiltration in porous building materials" des présents inventeurs, qui devrait éventuellement être publié et être disponible au public.
DEVELOPPEMENTS ET AUTRES UTILISATIONS
Dans ce paragraphe nous évoquons brièvement les améliorations prévues pour accroître le champ d'application de l'invention.
Dans sa version actuelle, le dispositif ne permet de mesurer que des échantillons solides ayant une cohésion suffisante pour être pincés dans les mâchoires de la bride.
Nous prévoyons développer de nouvelles brides qui permettront de mesurer les propriétés d'absorption des matériaux non cohésifs comme les sols par exemple. Les échantillons pourront être placés dans des chemises rigides fermées à la base par une membrane poreuse.
Dans un développement ultérieur, les côtés du bâti pourront être fermés de façon à créer une enceinte hermétique à l'intérieur de laquelle la température et l'humidité
relative pourront être contrôlées précisément. Il est prévu de réaliser des mesures du processus de séchage de matériaux poreux initialement saturés avec un tel dispositif.
Nous prévoyons développer une version portable du dispositif qui pourra être directement utilisée sur les chantiers. Les changements porteront essentiellement sur la taille et l'encombrement du matériel. Le dispositif pourra être alimenté en eau à partir d'un conteneur indépendant du réseau de distribution. Pour cet appareil, l'ordinateur pourra être remplacé par une simple capacité mémoire destinée à l'enregistrement des données brutes, l'analyse des données pouvant être réalisée ultérieurement.
Nous prévoyons partager l'amplificateur, le convertisseur analogique-numérique de l'ordinateur entre plusieurs bâtis de façon à mesurer l'absorption dans plusieurs échantillons simultanément avec le même équipement électronique.
garantir un écoulement laminaire et éliminer toute fluctuation du niveau d'eau dans le réservoir. Une partie de l'eau contenue dans la chambre de mesure est absorbée par capillarité par l'échantillon. L'eau en excès est évacuée de façon continue vers le trop-plein. Pour faciliter l'écoulement continu de l'eau en excès, la face supérieure de la paroi verticale qui sépare les deux chambres est taillée en biseau et recouverte d'un tissu absorbant de type feutre ou coton d'environ lmm d'épaisseur, dont la fonction est d'empêcher la formation d'un bourrelet d'eau à l'interface paroi-liquide. L'eau en excès est ensuite évacuée par un orifice de grand diamètre situé à la base du trop-plein. ha hauteur du réservoir est petite (quelques centimètres). La chambre de mesures forme la partie la plus grande du réservoir et peut recevoir des échantillons dont la section peut atteindre 100 cm2 (10X10 cm). Les volumes d'eau impliqués étant réduits, la manipulation du réservoir est aisée. Du polyméthyle méthacrylate (PMMA) ou tout autre matière plastique rigide est utilisée pour la fabrication du réservoir.
C.2 Contrôle de l'alimentation en eau Le réservoir est normalement alimenté par le réseau municipal de distribution d'eau auquel il est relié par un simple tuyau en plastique souple. La section de l'orifice à
l'entrée de la chambre d'alimentation est plus petite que la section du tuyau d'alimentation. Le rétrécissement de la section du tube d'alimentation vise à éviter la formation de bulles à l'entrée du réservoir qui pourraient entraîner une oscillation du niveau d'eau. Le débit est actuellement contrôlé par un simple robinet et réglé manuellement. Les débits utilisés sont de l'ordre du cm3 s-1. Un débit-mètre et un régulateur de pression pourront éventuellement être installés sur le tuyau d'alimentation en amont du réservoir pour un contrôle plus précis de l'alimentation. Ces instruments pourront être pilotés à partir de l'ordinateur.
C.3 Dispositif de levage Le réservoir doit pouvoir être déplacé verticalement pour permettre la mise en contact de la face inférieure de l'échantillon avec 1a surface d'eau libre au début de l'expérience. Le déplacement doit être lent et continu pour empêcher l'oscillation de la surface liquide et éviter tout déversement qui viendrait modifier temporairement la hauteur d'eau dans le réservoir. Le système de levage doit de plus garantir l'horizontalité du réservoir et permettre l'ajustement de la hauteur du réservoir selon la taille de l'échantillon dont on veut connaître les propriétés d'absorption. Un cric manuel Laboratory Jack CAT S-79151 de Sargent-Welch Scientific Co. est actuellement proposé et répond de façon satisfaisante aux exigences énoncées plus haut. Tout autre dispositif équivalent, soit un vérin hydraulique, un système de cames ou d'engrenages, est également valable, pourvu qu'il satisfasse aux objectifs définis. Le réglage de la hauteur du réservoir est actuellement réalisé manuellement. Dans une version plus élaborée, le cric pourra éventuellement être piloté par ordinateur.
D) Accessoires Plusieurs instruments peuvent être ajoutés afin d'augmenter la qualité du résultat. Nous prévoyons notamment d'installer un thermomètre et un hygromètre, qui permettront de détecter des fluctuations éventuelles de température et du degré d'humidité relative à proximité de l'échantillon en cours d'expérience qui pourraient influencer le processus d'absorption. Les mesures fournies par ces instruments pourront être utilisées pour corriger les enregistrements bruts des variations de la masse de l'échantillon au moment de l'analyse des données.
E) Élément logiciel Caractéristiques: L'élément logiciel a deux fonctions 1) pilotage de l'expérience, 2) enregistrement du signal numérique, traitement et analyse des mesures. L'analyse des données est basée sur le modèle théorique de diffusion anormale développé par les auteurs.
Une interface Easyest LX de la société Keithley Asyst peut par exemple être utilisée pour l'enregistrement des données brutes délivrées par le convertisseur analogique-numérique.
Le pilotage de l'expérience est pour le moment essentiellement manuel. Les données du test d'absorption sont traitées ultérieurement à partir de programmes développés par les auteurs et des fonctions mathématiques disponibles sur les tableurs usuels. Ces traitements permettent notamment de quantifier les capacités d'absorption à partir du modèle théorique de diffusion anormale. Le principe du logiciel est d'intégrer ces deux fonctions dans une seule interface pour disposer d'un outil de mesure et d'interprétation complet.
Nous décrivons dans la suite quelques fonctionnalités du logiciel. I1 ne s'agit en aucun cas d'une liste exhaustive.
E.1 pilotage de l'expérience et acquisition des données Le pilotage de l'expérience et l'acquisition des données sont réalisés suivant la séquence suivante.
1) Les paramètres de l'expérience et les caractéristiques de l'échantillon sont saisis: nom de l'expérience, date, caractéristique du capteur (gain, capacité maximum, etc.), nature du matériau, poids et taille de l'échantillon, section d'absorption, éventuellement porosité, durée et fréquence d'acquisition du test, débit et pression d'eau, température et humidité relative ambiantes, etc.
2) La chaîne de mesure est initialisée et testée. Une alarme est activée qui signalera tout dépassement de la capacité du capteur. Ultérieurement, nous prévoyons d'inclure la commande du dispositif de levage du réservoir, des valves d'alimentation du réservoir, et de tout autre dispositif annexe.
3) Le système est placé en mode acquisition. Les données délivrées par le capteur de forces et les différents instruments de contrôle (température, degré d'humidité
relative, débit, etc.) sont enregistrées. Une représentation en temps réel des données d'absorption permet un contrôle visuel du test.
E.2 traitement des données Le traitement consiste essentiellement:
- à convertir les données brutes (en mv) délivrées par le système d'acquisition en gramme ou en volume par unité de surface selon le type de représentation recherchée, - à corriger si nécessaire les données brutes à partir de toute donnée environnementale comme la température ou le degré d'humidité qui aurait pu influencer le processus d'absorption ou modifier les propriétés du liquide de façon à
diminuer l'incertitude sur la mesure, - à représenter l'évolution de la quantité d'eau absorbée en fonction du temps (diagramme binaire).
On utilisera pour cela les paramètres de l'expérience et les caractéristiques de l'échantillon enregistrés à l'étape précédente. Chaque étape du traitement peut être sauvegardée.
E.3 analyse des données L'analyse des données comporte trois éléments essentiels auxquels pourront se rajouter d'autres outils en cours de développement. Ces trois éléments sont:
- une fonction "lissage des données" permettant de réduire le bruit des mesures. Cet outil est indispensable lorsque la fréquence d'échantillonnage est élevée.
- une fonction "régression" en loi de puissance pour une recherche de l'exposant a et de la constante de proportionnalité.
- une fonction "dérivée" pour déterminer les fluctuations de l'exposant a, quantifier l'erreur sur ce paramètre et déterminer le taux d'absorption instantané.
Une extension possible de l'analyse des données consistera à
créer une base de données qui s'enrichira à chaque test et qu'on pourra utiliser comme base de comparaison. En particulier, on pourra déterminer selon la nature du matériau et les résultats obtenus, si les propriétés d'absorption de l'échantillon répondent aux normes en vigueur.
EXEMPLE
Nous décrivons les principales étapes de la mesure et de l'analyse des propriétés d'absorption d'un matériau poreux telles que réalisées confidentiellement en laboratoire à
partir du prototype du dispositif que nous avons mis au point.
A) Nature de l'échantillon La caractérisation des propriétés d'absorption doit être réalisée sur des échantillons homogènes isotropes. Cependant, on pourra aussi étudier l'influence des joints (contact brique-mortier, béton-ciment de réparation par exemple) ou des fractures sur les capacités d'absorption des matériaux de construction.
B) Préparation de l'échantillon On s'assurera que le pied et la tête de l'échantillon forment deux faces planes à peu près parallèles. Pour garantir le caractère uni-dimensionnel de l'expérience, on vérifiera que la section de l'éprouvette est constante sur toute sa longueur. On mesurera le plus précisément possible les dimensions de l'échantillon, de préférence avec un pied à
coulisse, de façon à obtenir une estimation précise de la surface efficace d'absorption.
Pour s'assurer d'une bonne reproductibilité des conditions de l'expérience, l'échantillon doit préalablement être chauffé à température contrôlée pour permettre un séchage complet et uniforme et stocké dans une chambre climatique à
température et humidité relative contrôlées jusqu'à
l'utilisation. La préparation de l'échantillon pourra suivre le protocole décrit dans les documents 1 et 2. L'échantillon sec est pesé avant l'expérience. Les parois latérales de l'échantillon doivent ensuite être recouvertes d'un produit scellant (goudron, paraffine, etc.) dont la fonction est d'empêcher toute infiltration d'eau par les côtés.
C) Mise en place de l'échantillon L'horizontalité du dispositif expérimental est vérifiée et le niveau corrigé si nécessaire. Le capteur de force est initialement bloqué en position neutre à l'aide de la butée amovible. L'échantillon est placé dans la bride. L'ensemble bride+ échantillon est suspendu au capteur et sa hauteur ajustée. La butée amovible qui maintenait le capteur en position neutre est retirée. Le capteur qui supporte la charge de la bride et de l' échantillon sec est initialisé à
0. En tarant le capteur après la mise en place de l'échantillon, on s'assure que les données fournies par le capteur au cours du test correspondront directement à la masse d'eau absorbée par l'échantillon.
D) Remplissage du réservoir Le réservoir est connecté à l'arrivée d'eau puis progressivement rempli en position basse. Le débit d'eau est ajusté de façon à ce que l'écoulement soit laminaire.
E) Démarrage du système informatique Le logiciel est ouvert. Une première lecture du signal délivré par le capteur est effectuée pour vérifier le fonctionnement des différents éléments du dispositif de mesure. On introduit ensuite les paramètres de l'expérience:
nom de l'expérience, nature du matériau, taille et poids de l'échantillon, fréquence de mesures, durée de l'expérience, etc. On initialise les différents instruments de mesure. On place finalement l'ordinateur en mode acquisition.
F) Mesure de l'absorption Le réservoir est progressivement monté à l'aide du cric jusqu'à ce que l'extrémité inférieure de l'échantillon soit immergée de 2 à 3 mm sous la surface de l'eau. Le temps nécessaire au positionnement du réservoir est en règle générale inférieur à 15 secondes et ne doit pas si possible excéder 30 secondes. L'enregistrement du signal fourni par le capteur débute à partir du moment où le réservoir est immobilisé dans sa position définitive. La petite quantité
d'eau absorbée par l'échantillon pendant la mise en place du réservoir n'est pas prise en compte. La durée de l'expérience peut varier de quelques minutes à plusieurs heures selon les objectifs recherchés. Le signal électrique délivré par le dispositif de mesure est converti en grammes et projeté en temps réel sur l'écran de l'ordinateur en fonction du temps.
L'ordinateur enregistre simultanément le temps écoulé en seconde, le signal du capteur en microvolt, ainsi que toutes les données relatives à l'expérience fournies par les différents instruments, comme le régulateur de pression, le thermomètre et l'hygromètre par exemple.
E) Analyse des résultats On suivra la procédure et les techniques décrites dans le document intitulé "Experimental evidences and theoretical analylsis of anomalous diffusion during water infiltration in porous building materials" des présents inventeurs, qui devrait éventuellement être publié et être disponible au public.
DEVELOPPEMENTS ET AUTRES UTILISATIONS
Dans ce paragraphe nous évoquons brièvement les améliorations prévues pour accroître le champ d'application de l'invention.
Dans sa version actuelle, le dispositif ne permet de mesurer que des échantillons solides ayant une cohésion suffisante pour être pincés dans les mâchoires de la bride.
Nous prévoyons développer de nouvelles brides qui permettront de mesurer les propriétés d'absorption des matériaux non cohésifs comme les sols par exemple. Les échantillons pourront être placés dans des chemises rigides fermées à la base par une membrane poreuse.
Dans un développement ultérieur, les côtés du bâti pourront être fermés de façon à créer une enceinte hermétique à l'intérieur de laquelle la température et l'humidité
relative pourront être contrôlées précisément. Il est prévu de réaliser des mesures du processus de séchage de matériaux poreux initialement saturés avec un tel dispositif.
Nous prévoyons développer une version portable du dispositif qui pourra être directement utilisée sur les chantiers. Les changements porteront essentiellement sur la taille et l'encombrement du matériel. Le dispositif pourra être alimenté en eau à partir d'un conteneur indépendant du réseau de distribution. Pour cet appareil, l'ordinateur pourra être remplacé par une simple capacité mémoire destinée à l'enregistrement des données brutes, l'analyse des données pouvant être réalisée ultérieurement.
Nous prévoyons partager l'amplificateur, le convertisseur analogique-numérique de l'ordinateur entre plusieurs bâtis de façon à mesurer l'absorption dans plusieurs échantillons simultanément avec le même équipement électronique.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA002342119A CA2342119A1 (fr) | 2001-03-23 | 2001-03-23 | Automatisation du test d'absorption d'eau dans les materiaux poreux |
| CA 2378204 CA2378204A1 (fr) | 2001-03-23 | 2002-03-21 | Processus et dispositif de controle qui permettent de determiner les proprietes d'absorption d'un specimen poreux |
| US10/104,971 US6658921B2 (en) | 2001-03-23 | 2002-03-22 | Testing process and apparatus for determining absorption properties of porous specimen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA002342119A CA2342119A1 (fr) | 2001-03-23 | 2001-03-23 | Automatisation du test d'absorption d'eau dans les materiaux poreux |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA2342119A1 true CA2342119A1 (fr) | 2002-09-23 |
Family
ID=4168691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA002342119A Abandoned CA2342119A1 (fr) | 2001-03-23 | 2001-03-23 | Automatisation du test d'absorption d'eau dans les materiaux poreux |
Country Status (2)
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|---|---|
| US (1) | US6658921B2 (fr) |
| CA (1) | CA2342119A1 (fr) |
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