Relation structure-perméabilité des milieux poreux : application à la séquestration du carbone dans les sols à allophanes

Relación estructura-permeabilidad de medios porosos para el estudio de la captación de carbono en suelos alofánicos

Porous media structure - permeability relation : application to the carbon sequestration in allophanic soils

• Auteur / Autrice : Liz Anez-Borges
• Direction : Thierry Woignier, Juan Primera Ferrer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Montpellier 2 en cotutelle avec Universidad del Zulia
• Ecole(s) doctorale(s) : Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe d’Etude des Semiconducteurs (Montpellier)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux poreux

Porosité

Andosols

Mots clés libres

Perméabilité

Milieux poreux

Sols à allophanes

Gels synthétiques

Résumé

Les sols allophaniques ont une grande capacité de stockage du carbone (C), laquelle est liée à la teneur en allophanes dans les échantillons. L'allophane est un minéral poreux ayant une grande surface spécifique, des pores de petite taille et une structure fractale. Dans ce travail, nous avons abordé l'influence de la structure de l'allophane sur la capacité de séquestration du carbone dans les Andosols, avec pour hypothèse que la structure fractale, la tortuosité et la faible perméabilité, empêchent les microorganismes et/ou les espèces chimiques d'accéder au carbone stocké dans les pores. Afin d´étudier l'influence de la structure sur la perméabilité des agrégats d'allophanes, nous avons synthétisé des gels composites avec des charges variables en particules de silice (Aerosil), comme modèles des sols allophaniques. Dans ce gel coexistent une phase colloïdale de particules d'aerosil, et une autre phase polymérique produite par la polycondensation du précurseur de silice TEOS, phase comparable á l'allophane. Les résultats ont mis en évidence que l'inclusion d'aerosil dans la synthèse a tendance à diminuer la phase polymérique. Nous avons mesuré la perméabilité en utilisant un gaz comment fluide. L'augmentation de la perméabilité est proportionnelle à la charge de particules, et donc á la disparition de la phase polymérique que nous pouvons observer par l'étude texturale. Par analogie avec les sols allophaniques, une teneur plus grande en agrégats d'allophanes, assimilables à la phase polymérique, implique une diminution de la perméabilité qui conduit à une diminution du carbone disponible, ce qui peut se traduire par une augmentation de leur capacité de séquestration du carbone. Ceci corrobore le rôle fondamental des allophanes dans ce mécanisme

Allophanic soils exhibit an outstanding carbon concentration. This ability of the soil for carbon sequestration is associated to the allophane content. Allophane is a porous mineral with a high specific surface, small pores and fractal geometry. The influence of allophane special structure on its ability for carbon sequestration was studied and it was argued that due to large specific surface, small pore size, fractal and consequently tortuous structure, the permeability at the scale of the allophane aggregates would be low. Therefore, possible exchange between carbon species located in or near allophane aggregates and other species or microbial biomass would be difficult, so carbon stay in the soil. In order to establish correlation between the sequestration mechanism and the structure properties, composite gel have been synthesized varying the concentration of aerosil. They were models of the allophonic soils. In the gel coexist a colloidal phase of aerosil particles and a phase of polymeric gel formed by condensation of TEOS which behave as the allophane aggregates. The results show that adding aerosil tends to weaken the polymeric phase. The measurement of permeability was carried out using a gas as fluid. The permeability increase as the aerosil charge increase too, and the polymeric gel disappears. In analogy with the allophanic soils, a higher content of the aggregates of allophane imply a reduction of permeability and therefore, a reduction of available carbon. In consequence, the carbon deposited in the pores stays there trapped for long time, which means it remains sequestrated