264 pages - février 2023
ISBN papier : 9781789481143
ISBN ebook : 9781789491142

Code ERC :

PE8 Products and Processes Engineering
PE8_3 Civil engineering, architecture, maritime/hydraulic engineering, geotechnics, waste treatment
PE10 Earth System Science
PE10_11 Geochemistry, crystal chemistry, isotope geochemistry, thermodynamics

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La cristallisation d’un ou plusieurs sels dans les milieux poreux (roches, sols, matériaux de construction, etc.) est un sujet d’intérêt majeur en lien avec de nombreux enjeux tels que la salinisation des sols, l’évaporation, l’injection de CO2 dans des aquifères salins, la durabilité des matériaux du bâtiment ou encore la préservation de notre patrimoine culturel.

Cristallisation de sels en milieu poreux propose un état de l’art interdisciplinaire des principales connaissances scientifiques nécessaires pour appréhender ce domaine de recherche et offre une illustration des enjeux associés à travers une série d’exemples concrets.

Cet ouvrage s’adresse aux étudiants de niveau master et au-delà et aux chercheurs et ingénieurs intéressés par ce domaine de recherche. Il peut également intéresser un public plus large, certaines parties pouvant se prêter à l’illustration de concepts de base allant au-delà de la problématique du sel elle-même.

1. Thermodynamique et cinétique de la cristallisation de sels
2. La pression de cristallisation
3. Évaporation, transport et cristallisation
4. La poromécanique et la cristallisation confinée en milieu poreux
5. Observations expérimentales sur la cristallisation des sels dans les géomatériaux
6. Les précipitations minérales à grande échelle et leurs effets sur les infrastructures
7. Les sels dans le patrimoine
8. La cristallisation de sels dans un environnement changeant

Hannelore Derluyn

Hannelore Derluyn est chargée de recherche CNRS au Laboratoire des Fluides Complexes et leurs Réservoirs (LFCR) à Pau. Ses recherches portent sur l’étude des interactions fluide-solide pendant des processus de cristallisation dans des géomatériaux.

Marc Prat

Marc Prat est directeur de recherche CNRS à l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse. Ses recherches portent sur les phénomènes de transport en milieu poreux.

Chapitre 1

Thermodynamique et cinétique de la cristallisation de sels (pages : 17-38)

Ce chapitre propose une revue des principaux concepts thermodynamiques et de cinétique chimique utiles à la compréhension et à l’étude des phénomènes de cristallisation d’un ou plusieurs sels en milieu poreux.


Chapitre 2

La pression de cristallisation (pages : 39-59)

Ce chapitre présente le concept-clé de pression de cristallisation et discute la capacité d’un cristal en cours de croissance à générer des contraintes. L’importance du film liquide confiné entre le cristal et la paroi est mise en avant ainsi que l’impact des propriétés de mouillabilité.


Chapitre 3

Évaporation, transport et cristallisation (pages : 61-90)

Ce chapitre présente les phénomènes de transport contrôlant l’évolution de la concentration en sel dans un milieu poreux lors de l’évaporation et la localisation au sein du milieu ou à sa surface des structures de sel résultant de la cristallisation : subflorescence et efflorescence. Il met en avant les mécanismes de dissolution-précipitation comme mécanismes-clés de l’évolution dynamique des efflorescences.


Chapitre 4

La poromécanique et la cristallisation confinée en milieu poreux (pages : 91-114)

Ce chapitre présente une modélisation de l’impact de la cristallisation d’un sel au sein d’un matériau poreux non –saturé dans le cadre de la poromécanique à travers l’exemple de la poro-élasticité. Il met aussi en avant différentes questions ouvertes relatives à ce domaine de recherche.


Chapitre 5

Observations expérimentales sur la cristallisation des sels dans les géomatériaux (pages : 115-144)

Ce chapitre donne une brève introduction sur l’imagerie par rayons X et par neutrons, et son utilisation pour caractériser les processus couplés hydro-chimio-mécanique pendant la cristallisation dans des géomateriaux. La quantification expérimentale est discutée avec deux exemples illustratifs, et un lien est établi avec des études de simulation numérique dans lesquelles les ensembles de données obtenus ont été utilisés.


Chapitre 6

Les précipitations minérales à grande échelle et leurs effets sur les infrastructures (pages : 147-180)

Ce chapitre illustre l’importance des dommages que peut causer la cristallisation des sels en milieu poreux à travers la considération de deux situations de génie civil concernant un tunnel et un viaduc. Il montre comment investigations de terrain et modélisation conduisent à une compréhension détaillée des mécanismes responsables des dommages observés, ouvrant ainsi les possibilités de remédiation.


Chapitre 7

Les sels dans le patrimoine (pages : 181-206)

Ce chapitre présente la problématique de l’impact de sels sur les monuments historiques et sites archéologiques. Les mécanismes liés à la présence des sels conduisant à la dégradation ainsi que les principales figures d’altération sont décrites. Plusieurs méthodes de traitement et d’intervention visant la préservation des éléments de notre patrimoine culturel concernés sont également présentées.


Chapitre 8

La cristallisation de sels dans un environnement changeant (pages : 207-248)

Ce chapitre présente la problématique de l’impact de sels sur les matériaux de construction. Il discute l’origine des sels. Il illustre la diversité et la complexité des situations rencontrées liée à la présence possible de nombreux sels en solution. Il met l’accent sur les conditions environnementales et explore en quoi l’évolution des conditions environnementales, liée notamment au changement climatique, peut affecter l’impact de la présence des sels sur la durabilité des matériaux.