Etude expérimentale du changement de phase liquide-gaz dans un sol

Anne-Laure Lozano (1) , Fabien Cherblanc (1) , Bruno Cousin (1) , Jean-Claude Bénet (1)

1 LMGC - Laboratoire de Mécanique et Génie Civil

A macroscopic model of liquid-vapour phase change, based on the difference of chemical potentials between the liquid and vapour phases contained in the pores, is proposed. An experiment, creating a thermodynamic non-equilibrium between the liquid and its vapour is described. Two different behaviours of the coefficient L, depending on the vapour pressure, are distinguished : a domain near the equilibrium and a domain far from the equilibrium. Model proposed reveals three characteristic values: a phase change coefficient close to equilibrium, a criterion which characterizes the transition from the linear domain to the non-linear domain and a coefficient which represents the velocity with which the vapour pressure reaches its equilibrium value. The results show that the variation of these values in relation to the soil water content has a characteristic form, which seems to connect them at the same time to the water binding energy and to the liquid-gas interface surface.

Une modélisation macroscopique du changement de phase liquide-gaz est réalisée en s'appuyant sur la différence des potentiels chimiques entre l'eau et la vapeur comme moteur du phénomène. Une expérience, consistant à créer un déséquilibre thermodynamique entre l'eau du sol et sa vapeur et à analyser le retour à l'équilibre, est proposée. On montre que l'on peut distinguer deux domaines, un près de l'équilibre linéaire et un loin de l'équilibre non-linéaire. La modélisation proposée fait apparaître trois grandeurs caractéristiques : un coefficient de changement de phase près de l'équilibre, un critère qui caractérise le passage du domaine linéaire au non-linéaire, un coefficient qui traduit l'augmentation de la vitesse lorsque la pression de vapeur s'éloigne de sa valeur d'équilibre. Les variations de ces constantes avec la teneur en eau présentent une allure caractéristique, qui semble relier à la fois à l'énergie de liaison de l'eau et à la taille de l'interface liquide-gaz.

Mots clés: Changement de phase; Milieux poreux; Thermodynamique; Changement de phase

Domaines: Mécanique [physics]

Anne-Laure Lozano, Fabien Cherblanc, Bruno Cousin, Jean-Claude Bénet. Etude expérimentale du changement de phase liquide-gaz dans un sol. CFM 2007 - 18ème Congrès Français de Mécanique, Aug 2007, Grenoble, France. ⟨hal-03361085⟩