Exemple : Le phénomène de capillarité

Beaucoup de matériaux de construction sont poreux, leur structure présentant de nombreuses cavités de faibles dimensions (quelques fractions de millimètres). Ces cavités sont souvent reliées entre elles et forment un réseau de très longs canaux (plusieurs mètres) appelés capillaires.

 

Dans une telle structure, on constate une migration de l'eau liquide sous l'effet d'un phénomène appelé capillarité qui est d'autant plus important que la dimension transversale caractéristique des canaux est faible. La migration, qui a lieu du bas vers le haut, est appelée remontée capillaire et peut atteindre plusieurs mètres.

Pour les étages supérieurs d'une construction civile ou industrielle, la durée d'ascension capillaire peut être très importante et faire apparaître, en plus de l'inconfort thermique, des désordres en surface (efflorescences, taches d'humidité persistantes, chute des plâtres, cloquage des peintures, décollement des papiers peints, moisissures,...) et en profondeur (corrosion donc fragilisation des armatures du béton armé...) et ce, longtemps après l'achèvement et la réception des travaux, alors que tout semblait parfait des mois durant. Ainsi, une maçonnerie en contact avec une source d'eau fonctionne comme une pompe, un buvard.

Objectif du travail

Le travail porte sur une étude comparée des remontées capillaires dans des bâtiments situés dans les terres (avec, dans ce cas, des remontées d'eau douce).

Vous chercherez en particulier à discuter de la possibilité d'utiliser le dispositif expérimental décrit et représenté dans le document fourni pour déterminer la constante de capillarité de l'eau douce.

 

 

 

 

 

 

 

 

Complément :  [Document n°1] - Principe de l'expérience et éléments théoriques

Dans une cuvette contenant une hauteur d'eau distillée, on place verticalement deux plaques de verre soigneusement nettoyées. Une cale est placée de façon à former un angle entre les deux plaques (configuration schématisée ci-contre). On peut aussi maintenir les deux plaques à l'aide d'une pince fixée à une potence (configuration choisie pour l'étude).

On observe alors le phénomène représenté ci-contre : le niveau de l'eau entre les deux plaques n'est plus horizontal et on constate que plus l'écart entre les deux plaques est faible, plus la hauteur d'ascension de l'eau est élevée.

À l'aide d'un feutre, on dessine sur la paroi en verre la courbe formée par l'interface eau-air. On relève les coordonnées \(\large x\) et \(\large y\) de chaque point de cette courbe dans un repère \(\large Oxy\) tel que représenté ci-contre et où l'axe \(\large Ox\) coïncide avec l'interface eau-air lorsqu'elle est horizontale.

La hauteur d'ascension capillaire \(\large h\), soit la coordonnée \(\large y\) sur le schéma, obéit à la loi de Jurin et s'exprime sous la forme :

\[\fbox{$ {\Large { \text{ } h = \frac{2 \times A}{\rho \times g \times d} \text{ } }} $}\]

où :

  • \(\large g = 9,8\,\mathrm{N.kg^{-1}}\) est l'intensité du champ de pesanteur ;

  • \(\large \rho\) est la masse volumique du liquide exprimée en ( \(\large \mathrm{kg.m^{-3}}\) ) ;

  • \(d\) est l'écart entre les plaques (en \(\large \mathrm{m}\)) ;

  • \(\large A\) est la constante de capillarité du liquide (en \(\large \mathrm{N.m^{-1}}\) ).