Comment calculer la porosité

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.

Méthode 1

Méthode 1 sur 4:

Calculer théoriquement la porosité par volume

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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 Vt, le volume solide Vs et le volume poreux Vp. Accordez toujours une attention particulière aux unités de ces valeurs.
- Vous pouvez écrire ces valeurs séparément. Par exemple, si votre question vous présente Vt et Vs, vous pouvez écrire :
  - Vt = 5 cm ^ 3
  - Vs = 3 cm ^ 3
Par définition, la porosité (Pt) est égale au volume des pores (Vp) divisé par le volume total (Vt) ou Pt = Vp, Vt. 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 ^{[1]XSource de recherche}.
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Trouvez les valeurs de vos variables de volume. Il est utile de garder à l'esprit que Vt est la somme des volumes des solides et des pores ou Vt = Vs + Vp. 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, Vt- Vp = Vs ^{[2]XSource de recherche}.
- En utilisant les mêmes valeurs que celles énumérées dans les étapes précédentes, Vt = 5 cm ^ 3 et Vs = 3 cm ^ 3, nous pouvons résoudre Vt - Vs = Vp pour trouver Vp = 5 cm ^ 3 - 3cm ^ 3 = 2 cm ^ 3.
Une fois que vous aurez déterminé une valeur pour Vp et une valeur pour Vt , vous pouvez les ajouter à l'équation de porosité, Pt = Vp/Vt. Assurez-vous d'inclure des unités pour Vp et Vt . 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.
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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 Vt et Vp sont identiques et annulées par division. C'est exactement le résultat que vous recherchez, la porosité étant une valeur sans unité ^{[3]XSource de recherche}.
- 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 :
  - Pt = 2 cm ^ 3 / 5 cm ^ 3 = 0,4.
  - Si vous souhaitez exprimer cette valeur en pourcentage, vous la multiplieriez par 100 % et obtiendrez Pt= 40.
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Méthode 2

Méthode 2 sur 4:

Calculer la porosité théoriquement par densité

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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 ^{[4]XSource de recherche}.
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 Pt = (1 - Pb/Pd) pour laquelle Pt est votre porosité, Pb est la densité granulométrique et Pd est la densité de particules de l'échantillon ^{[5]XSource de recherche}/
La valeur Pb 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 Pb ^{[6]XSource de recherche}.
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Résolvez l'équation en insérant les valeurs de densité appropriées. Maintenant que vous connaissez les valeurs de Pb et Pd , vous pouvez résoudre Pt. Notez que la valeur obtenue en divisant Pb par Pd devrait TOUJOURS être inférieure à 1, donc l'équation Pt = (1 - Pb/Pd) ne devrait jamais donner de réponse négative. Si c'est le cas, vous avez probablement divisé Pd par Pb , ce qui est incorrect ^{[7]XSource de recherche}.
- 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 %.
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Méthode 3

Méthode 3 sur 4:

Calculer expérimentalement la porosité par saturation

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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.
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.
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 ^{[8]XSource de recherche}.
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 ^{[9]XSource de recherche}.
Maintenant que vous avez le volume de votre échantillon ( Vs ) et le volume des pores ( Vp ), vous pouvez les additionner pour obtenir le volume total (Vt). Il est maintenant possible d'utiliser l'équation Pt = (Vp/Vt) x 100 pour trouver votre porosité (Pt) ^{[10]XSource de recherche}.
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 ^{[11]XSource de recherche}.
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Méthode 4

Méthode 4 sur 4:

Calculer la porosité d'un champ grâce à des carottes

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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 ^{[12]XSource de recherche}.
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 ^{[13]XSource de recherche}.
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 ^{[14]XSource de recherche}.
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 ^{[15]XSource de recherche}.
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.
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 ^{[16]XSource de recherche}.
Assurez-vous de prépeser le récipient et notez la masse du contenant ( mc ). 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 ^{[17]XSource de recherche}.
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 ^{[18]XSource de recherche}.
Vous trouverez ainsi la masse totale ( mt ). 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 ^{[19]XSource de recherche}.
Cela vous permettra de trouver la masse sèche de votre échantillon ( mS ). 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 ^{[20]XSource de recherche}.
Soustrayez la masse sèche ( mS ) de la masse saturée (ms). La différence que vous obtiendrez correspondra à la masse d'eau (me). Encore une fois, la masse sèche doit être inférieure à la masse saturée.
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.
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.
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Conseils

Prenez plusieurs échantillons sur le terrain. Cela permettra de réduire la marge d'erreur dans vos mesures.
Si vous transférez l'échantillon à un autre endroit pour l'analyse, scellez-le dans un sac en plastique.
Il existe également des logiciels, tels que RESRAD, qui peuvent vous aider à déterminer la porosité, mais ils dépassent le sujet de cet article.
La densité granulométrique et la densité des particules peuvent également être trouvées expérimentalement dans le but de calculer la porosité. La densité granulométrique se trouve en divisant la masse sèche par le volume de l'échantillon. On peut souvent partir du postulat que la densité des particules est de 2,66 g / (cm ^ 3).

Avertissements

Les instruments utilisés pour effectuer vos mesures affecteront également la marge d'erreur de ces dernières. Plus l'instrument est ajusté, plus l'erreur est faible. Cependant, gardez à l'esprit que tous les instruments ont leurs limites.
L'erreur humaine est inévitable dans toutes les mesures expérimentales à un certain degré.
Toucher l'échantillon peut entrainer une modification de sa porosité en compactant ou en séparant les particules. Manipulez-le avec soin.

Éléments nécessaires

Calculer la porosité théoriquement par les volumes
- Une calculatrice
Calculer expérimentalement la porosité par saturation
- Un échantillon
- Un récipient pour l'échantillon
- De l'eau
- Un réservoir d'eau
Calculer la porosité d'un champ grâce à des carottes
- Un anneau en acier
- Un marteau et un bloc de bois
- Une bêche
- Une balance
- Un four ou microonde