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Comment calculer la porosité ?
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La porosité est la valeur utilisée pour décrire l'ensemble des vides (ou pores) d'un échantillon de matériau solide donné. Cet attribut est couramment mesuré pour le sol, car des niveaux de porosité appropriés sont nécessaires pour que des plantes puissent pousser. La porosité peut être calculée théoriquement à l'aide d'équations et de valeurs données, ce qui est le cas lorsque vous êtes confronté à ce type de questions lors d'un examen. La porosité peut également être déterminée en trouvant les valeurs nécessaires pour résoudre les équations expérimentalement, en laboratoire ou sur le terrain.

1. Extrayez des valeurs utiles à partir des données dont vous disposez.

Lors du calcul théorique de la porosité, on vous donnera un exemple de situation contenant certaines des valeurs dont vous avez besoin. Lisez attentivement votre question et recherchez des valeurs telles que le volume total , le volume solide  et le volume poreux. Accordez toujours une attention particulière aux unités de ces valeurs.
Vous pouvez écrire ces valeurs séparément. Par exemple, si votre question vous présente  et , vous pouvez écrire :

 = 5 cm ^ 3

 = 3 cm ^ 3

2. Configurez la bonne équation.

Par définition, la porosité () est égale au volume des pores () divisé par le volume total () ou  = ,. Gardez à l'esprit que ce n'est pas la seule équation qui permette de calculer la porosité. Si des valeurs sont données pour la densité granulométrique et la densité des particules plutôt que pour les volumes, vous devez utiliser une équation différente.

3. Trouvez les valeurs de vos variables de volume.

Il est utile de garder à l'esprit que  est la somme des volumes des solides et des pores ou  =  +. Cette relation peut être réorganisée pour vous permettre de trouver l'une des variables de volume, tant que les deux autres sont connues. Par exemple, -  = .
En utilisant les mêmes valeurs que celles énumérées dans les étapes précédentes,  = 5 cm ^ 3 et  = 3 cm ^ 3, nous pouvons résoudre  -  =  pour trouver  = 5 cm ^ 3 - 3cm ^ 3 = 2 cm ^ 3.

4. Ajoutez les variables de volume connues dans l'équation.

Une fois que vous aurez déterminé une valeur pour  et une valeur pour , vous pouvez les ajouter à l'équation de porosité,  = /. Assurez-vous d'inclure des unités pour  et. En outre, vous devez être sûr que les unités correspondent, sinon, vous serez contraint de faire une analyse dimensionnelle pour que cela soit le cas.

5. Résolvez l'équation pour obtenir une valeur de porosité.

Maintenant que votre équation est écrite avec des valeurs appropriées, vous pouvez la résoudre grâce à de l'arithmétique très simple. Vous pouvez néanmoins avoir besoin d'utiliser une calculatrice pour cette partie. Vous devez également noter que les unités pour  et  sont identiques et annulées par division. C'est exactement le résultat que vous recherchez, la porosité étant une valeur sans unité.

Puisque la porosité est souvent exprimée en pourcentage, une fois que vous aurez trouvé la valeur décimale, il est fréquent de multiplier cette dernière par 100.
En utilisant les mêmes valeurs que dans les exemples ci-dessus, votre équation sera la suivante :

 = 2 cm ^ 3 / 5 cm ^ 3 = 0,4.
Si vous souhaitez exprimer cette valeur en pourcentage, vous la multiplieriez par 100 % et obtiendrez = 40.

6. Assumez que la densité de particules de votre échantillon est de 2,66 g / (cm ^ 3).

La densité de particule d'un échantillon est égale à la masse de l'échantillon divisée par le volume de l'échantillon. En ce qui concerne les échantillons de sol, la densité de particules moyenne du sol est de 2,66 g / (cm ^ 3). Pour cette raison, cette valeur est supposée être la densité de particules de tout échantillon de sol, sauf indication contraire.

7. Utilisez la relation entre le volume et la densité pour résoudre votre équation.

La densité étant définie comme la masse par volume et la porosité une comparaison du volume des pores au volume total, il est également possible d'exprimer la porosité en termes de densité. Le résultat est l'équation suivante  = (1 - /) pour laquelle  est votre porosité,  est la densité granulométrique et  est la densité de particules de l'échantillon /

8. Calculez votre valeur  Pb.

La valeur  vous sera donnée dans un énoncé de question. Si la valeur n'est pas donnée, vous pouvez disposer d'autres valeurs telles que la masse sèche de l'échantillon et le volume de ce dernier. Dans ce cas, vous diviseriez la masse sèche de l'échantillon par son volume pour trouver votre densité granulométrique ou .

9. Résolvez l'équation en insérant les valeurs de densité appropriées.

Maintenant que vous connaissez les valeurs de  et , vous pouvez résoudre. Notez que la valeur obtenue en divisant  par  devrait TOUJOURS être inférieure à 1, donc l'équation  = (1 - /) ne devrait jamais donner de réponse négative. Si c'est le cas, vous avez probablement divisé  par , ce qui est incorrect.
Cette équation vous donnera une valeur décimale pour la porosité. Pour exprimer la porosité en pourcentage, multipliez simplement le résultat par 100. Par exemple, 0,41 x 100 = 41 %.

10. Mesurez le volume de votre échantillon.

Vous pouvez mesurer le volume directement si votre échantillon remplit exactement un conteneur avec un volume connu. Vous pouvez également transférer l'échantillon dans un récipient tel qu'un bol prémesuré pour en déterminer le volume. Si vous ne parvenez pas à mesurer le volume directement, vous pouvez le calculer mathématiquement.
Le transfert de l'échantillon d'un récipient à un autre peut affecter la porosité en perturbant le matériau.

11. Mesurez un volume d'eau.

Il n'est pas important de savoir exactement la quantité d'eau que vous mesurez. Les deux éléments importants dans cette étape sont de mesurer plus d'eau que vous n'en avez besoin pour saturer votre échantillon et de noter exactement la quantité d'eau avec laquelle vous avez commencé C'est la seule façon de déterminer la quantité d'eau utilisée.

12. Saturez l'échantillon avec de l'eau.

C'est une étape simple, mais qui peut être délicate. Vous souhaitez ajouter suffisamment d'eau pour que tous les pores de votre échantillon soient remplis, mais devez faire attention à ne pas trop en ajouter. Bien qu'il soit important d'approcher autant que possible la saturation exacte de l'échantillon, un certain degré d'erreur est inévitable. Utilisez le niveau d'eau le plus proche possible du niveau de surface de votre échantillon solide.

13. Notez le volume d'eau utilisé.

Pour ce faire, vous devrez soustraire le volume d'eau restant du volume d'eau avec lequel vous avez commencé la saturation. Cela vous donnera le volume d'eau qui aura été versé. Le volume d'eau que vous avez utilisé est (approximativement) égal au volume des pores de votre échantillon.

14. Configurez l'équation pour calculer la porosité avec le volume.

Maintenant que vous avez le volume de votre échantillon () et le volume des pores (), vous pouvez les additionner pour obtenir le volume total (). Il est maintenant possible d'utiliser l'équation  = (/) x 100 pour trouver votre porosité ().

15. Calculez également la porosité de votre échantillon.

Entrez les valeurs appropriées dans l'équation. Assurez-vous de garder une trace de vos unités et qu'elles s'annulent correctement, car la porosité est une valeur sans unité. Une calculatrice peut également être utile pour cette étape.

16. Saturez la zone que vous souhaitez échantillonner.

Une bonne façon de procéder est de placer un anneau d'acier prépesé sur le sol dont vous souhaitez prendre un échantillon et le remplir d'eau. Laissez l'eau reposer dans l'anneau pendant la nuit ou jusqu'à ce qu'elle soit absorbée par le sol. Cela facilitera la collecte de votre échantillon.

17. Enterrez l'anneau en acier dans le sol.

Utilisez un bloc de bois et un marteau pour enterrer l'anneau dans le sol. Le sol à l'intérieur de l'anneau sera votre carotte et il protègera l'échantillon pendant la collecte.

18. Creusez autour de l'anneau en acier.

Utilisez une bêche et d'autres outils pour creuser avec précaution autour de l'anneau en acier. Vous ne devez pas toucher le sol à l'intérieur de l'anneau. Coupez toutes les racines qui pourraient se trouver au fond de l'anneau.

19. Retirez l'anneau.

Une fois que vous aurez nettoyé le sol autour de l'anneau, vous pouvez le sortir du trou. Gardez l'échantillon de votre carotte dans l'anneau et n'y touchez pas. Veillez à ne rien perdre de votre échantillon lorsque vous le déplacez.

20. Enregistrez la masse saturée de votre échantillon.

Ajoutez de l'eau jusqu'à ce que l'échantillon dans l'anneau soit complètement saturé et ne puisse plus contenir d'eau. Pesez l'échantillon dans l'anneau en acier. Soustrayez de cette valeur la masse de l'anneau en acier. Cela vous donnera la masse saturée de votre échantillon.

21. Enregistrez le volume de votre échantillon.

Le volume de votre échantillon sera le même que le volume de votre anneau. Votre anneau étant un cylindre, pour calculer le volume, vous devrez multiplier la hauteur du cylindre par le rayon au carré (le rayon étant la distance entre le centre du cercle et son extrémité), puis le multiplier par pi (souvent arrondi à 3,14). Si vous ne connaissez pas le rayon, vous pouvez le mesurer en partant du haut du cylindre jusqu'à son point le plus large et diviser cette mesure par deux.

22. Transférez le sol dans un récipient allant au four.

Assurez-vous de prépeser le récipient et notez la masse du contenant (). Si vous prévoyez d'utiliser un four à microonde pour sécher votre échantillon, assurez-vous que votre récipient ne soit pas en métal et puisse aller au microonde.

23. Séchez votre échantillon.

Si vous utilisez un microonde, 10 minutes sur le mode le plus chaud devraient être suffisantes pour sécher votre échantillon. Cela garantira que tous les pores de l'échantillon soient débarrassés de l'eau. Vous pouvez également sécher l'échantillon dans un four conventionnel à une température de 105 degrés Celsius pendant au moins 2 heures. Même s'il contient encore de l'air, cela n'affectera pas la masse de l'échantillon.

24. Pesez votre échantillon séché dans le plat.

Vous trouverez ainsi la masse totale (). Souvenez-vous que cette valeur n'est pas la masse de votre échantillon. Il s'agit de la masse de votre échantillon plus la masse de votre conteneur. N'utilisez pas cette valeur pour calculer la porosité de votre échantillon.

25. Soustrayez mc de mt.

Cela vous permettra de trouver la masse sèche de votre échantillon (). Pour trouver son poids sec, vous pouvez simplement soustraire la masse initiale du récipient de la masse finale du récipient plus l'échantillon. Assurez-vous que le nombre que vous obtenez soit logique. Par exemple, la masse ne doit pas avoir une valeur négative. Si c'est le cas, votre calcul est incorrect et vous devez le revoir entièrement.

26. Calculez la masse d'eau dans l'échantillon saturé.

Soustrayez la masse sèche () de la masse saturée (). La différence que vous obtiendrez correspondra à la masse d'eau (). Encore une fois, la masse sèche doit être inférieure à la masse saturée.

27. Convertissez la masse d'eau du volume de pores de votre échantillon.

Par définition, un gramme d'eau équivaut à un centimètre cube d'eau. Cela signifie que la masse de votre eau en grammes est égale au volume d'eau en centimètres cubes. Étant donné que votre échantillon est saturé et que tous les pores sont remplis d'eau, le volume des pores est égal au volume d'eau présent dans l'échantillon saturé.

28. Divisez le volume des pores par le volume total de votre échantillon.

Cela vous donnera un nombre décimal qui sera inférieur à 1. Multipliez ce nombre par 100. Le résultat sera la porosité de votre échantillon exprimée en pourcentage.