Mesurer la succion du sol - pourquoi le papier filtre n'est pas suffisant

Measuring soil suction—Why filter paper isn’t good enough

La méthode du papier filtre est une ancienne méthode de mesure de la succion du sol ou du potentiel hydrique qui est encore couramment utilisée aujourd'hui en géotechnique. Avec cette méthode, un morceau de papier filtre est placé dans un récipient étanche à l'air avec un échantillon de sol et on les laisse s'équilibrer.

La méthode du papier filtre (encore couramment utilisée en géotechnique) est une méthode indirecte relativement ancienne utilisée pour mesurer la succion du sol (ou potentiel hydrique). Dans cette vidéo, le Dr Doug Cobos explique pourquoi la méthode du papier filtre peut produire des erreurs importantes dans la mesure de la succion, et ce que vous devriez utiliser à la place.

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Comment mesurer la succion du sol avec la méthode du papier filtre

La méthode du papier filtre est une ancienne méthode de mesure de la succion du sol ou du potentiel hydrique qui est encore couramment utilisée aujourd'hui dans l'ingénierie géotechnique. Avec cette méthode, un morceau de papier filtre est placé dans un récipient étanche à l'air avec un échantillon de sol et on les laisse s'équilibrer.

A diagram showing filter paper is sealed in an airtight container with soil and allowed to equilibrate
Figure 1. Le papier filtre est scellé dans un récipient hermétique avec de la terre et on le laisse s'équilibrer.

Voici comment cela fonctionne. Si le papier filtre est en contact avec le sol (figure 2), il s'équilibre avec la succion matricielle du sol. S'il est suspendu au-dessus du sol, la succion totale du sol s'équilibre entre les deux. Une fois que le papier filtre s'est équilibré avec le sol, il est sorti et pesé humide, séché, puis pesé sec pour obtenir la teneur en eau.

A graph showing someone putting the filter paper in contact with the soil enables it to equilibrate with the matric suction of the soil
Figure 2. La mise en contact du papier filtre avec le sol lui permet de s'équilibrer avec la succion matricielle du sol.

Une fois que vous connaissez la teneur en eau du papier filtre, vous pouvez déduire l'aspiration de ce papier filtre à l'aide d'une courbe d'étalonnage. Cette courbe d'étalonnage est essentiellement la courbe caractéristique de l'humidité du papier filtre. Il s'agit donc d'une méthode indirecte de mesure de la succion du sol.

Mesure de la succion du sol : Avantages et inconvénients de la méthode du papier filtre

La méthode du papier filtre présente à la fois des avantages et des inconvénients. Vous trouverez ci-dessous quelques aspects intéressants de la méthode du papier filtre :

Avantages de la méthode du papier filtre
  1. Il s'agit d'une technique peu coûteuse : Il vous suffit d'avoir du papier filtre Wattman numéro 42, un four et quelques récipients hermétiques pour effectuer ces mesures.
  2. La norme ASTM D 5298 décrit la méthode du papier filtre : Il s'agit d'une exigence importante pour de nombreuses applications techniques.
  3. Mesure la succion du sol depuis la saturation jusqu'à la sécheresse de l'air : La méthode du papier filtre permet de mesurer la succion du sol depuis la saturation jusqu'à la sécheresse de l'air, ce qui vous permet de couvrir toute la gamme des succions du sol que vous pouvez rencontrer dans la nature.
An illustration of Whatman #42 filter paper
Figure 3. Papier filtre Whatman #42
Inconvénients de la méthode du papier filtre

Malgré les avantages de la méthode du papier filtre, il existe de nombreux inconvénients qui rendent son utilisation risquée. Les problèmes suivants sont souvent négligés :

  1. Erreurs potentiellement importantes dans la mesure de l'aspiration du sol : S'il existe une différence de température entre l'échantillon de sol et le papier filtre, cela crée une erreur importante dans la mesure de la succion. Même une différence de température d'un degré entre l'échantillon et le papier filtre entraînera une erreur de 8 MPa dans la mesure de la succion du sol. Dans la pratique, vous ne vous attendez jamais à une différence de température d'un degré, mais une différence de température d'un dixième de degré ou même d'un centième de degré entre le papier-filtre et l'échantillon est possible et, en fait, très probable. En effet, il est beaucoup plus difficile qu'on ne le croit de créer des conditions véritablement isothermes.
  2. Les erreurs de succion du sol augmentent dans les sols plus humides : Pour vous donner une idée de l'ampleur de cette erreur, si vous êtes au point de flétrissement permanent, qui correspond à une succion de 1,5 MPa (ou 4,2 PF), une différence de température de 1/10 de degré entre votre échantillon de sol et le papier filtre entraînera une erreur de 55 % dans la mesure de la succion. Ces erreurs augmentent au fur et à mesure que vous vous mouillez ou que vous vous rapprochez d'une succion plus faible. 1,5 MPa correspond à un sol relativement sec. Si vous effectuez des mesures dans des sols humides, vous devez obtenir une concordance ou une stabilité de température d'environ 1/1 000 de degré pour effectuer une mesure précise de la succion du sol à l'aide de cette méthode.
  3. La norme ASTM recommande une méthode d'étalonnage universelle pour différents lots de papier filtre: L'autre grand problème de la méthode du papier filtre est que la norme ASTM recommande un étalonnage universel pour plusieurs types de papier filtre et plusieurs lots de papier filtre. Il a été prouvé que ce n'était pas un moyen efficace d'obtenir de bonnes mesures avec la méthode du papier filtre. La littérature montre que différents lots du même type de papier filtre n'ont pas la même courbe d'étalonnage. Bill Lycos et Ning Lu ont publié un article (Likos, 2002) comparant les différences d'étalonnage entre sept lots différents de papier filtre Wattman numéro 42. Ils ont constaté qu'il fallait procéder à un étalonnage individuel pour chacun de ces lots afin d'obtenir une précision raisonnable. En appliquant l'étalonnage universel à tous ces différents lots de papier filtre, on obtient une erreur de 25 à 50 % comprise dans l'intervalle de confiance de 95 %.
Les méthodes modernes permettent d'obtenir des mesures plus précises de la succion du sol

En conclusion, même si vous avez des conditions parfaitement isothermes, ce qui est presque impossible à réaliser dans la pratique, vous pouvez toujours obtenir une erreur de 25 à 50 % dans vos mesures d'aspiration avec la technique du papier filtre. Il existe des méthodes modernes beaucoup plus précises et plus simples en pratique. La technique du papier filtre est un moyen rapide et facile d'obtenir des mesures d'aspiration. WP4C La technique du papier filtre est un moyen rapide et facile d'obtenir des mesures précises de la succion du sol. Il s'agit d'une méthode éprouvée basée sur les principes fondamentaux de la physique. Elle est si précise qu'elle est utilisée pour étalonner d'autres méthodes. Visitez notre page produit pour en savoir plus.

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Référence

Likos, William J., et Ning Lu. "Filter paper technique for measuring total soil suction". Transportation research record 1786, no. 1 (2002) : 120-128. Lien vers l'article

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