La porosimétrie au mercure, telle qu'elle est pratiquée par l'AutoPore, est principalement destinée à mesurer le volume total des pores d'un échantillon entre une limite supérieure et une limite inférieure de la taille des pores, avec un niveau de précision de 1 %. Outre la porosité, la porosimétrie au mercure est souvent utilisée pour mesurer la densité apparente et la densité squelettique.

Par rapport à la porosimétrie au mercure, la densité apparente est définie comme le poids unitaire par unité de volume (généralement en grammes par centimètre cube) d'un matériau après soustraction du volume des pores ouverts les plus grands (supérieurs à une taille spécifique). Une valeur typique pour le plus grand pore inclus dans la densité apparente est de 180 micromètres (µm). La densité squelettique est généralement calculée après que le volume de tous les pores supérieurs à environ 0,005 µm a été exclu du volume présumé occupé par le matériau.

Il est évident que le porosimètre à mercure ne mesure pas directement la densité, mais qu'il s'agit avant tout d'un instrument de mesure du volume. La conversion en densités exige que l'opérateur fournisse les poids nécessaires pour effectuer le calcul. Il sera beaucoup plus facile de comprendre les calculs de la densité apparente et de la densité du squelette si l'on garde à l'esprit que le porosimètre à mercure est un appareil de mesure du volume.

Calculs

La dérivation des formules pour les densités apparente et squelettique commence par la figure 1, un croquis simplifié d'un pénétromètre contenant un échantillon poreux. Le volume interne du pénétromètre, y compris le bulbe et le capillaire, a été préalablement déterminé par la technique de remplissage et de pesage du mercure. Supposons que l'échantillon ait été inséré et que le mercure ait rempli tout le volume restant, à l'exception de celui occupé par l'échantillon et ses pores dont le diamètre d'ouverture est inférieur à environ 180 µm. Nous pouvons maintenant écrire :

Les procédures d'utilisation du porosimètre à mercure requièrent les poids 1) de l'ensemble du pénétromètre vide, y compris le matériel de scellement, 2) du pénétromètre scellé avec seulement l'échantillon à l'intérieur, et 3) du pénétromètre scellé avec l'échantillon à l'intérieur et rempli de mercure. Ces poids permettent de déterminer le volume de mercure occupant l'espace restant autour de l'échantillon. Il s'agit de

Dépannage

Des erreurs et des résultats médiocres se produisent parfois lors de la détermination de la densité par porosimétrie au mercure. La raison la plus probable de ces mauvais résultats apparaît dans l'équation (5). Remarquez que Vs_(B) est le plus souvent un petit nombre dérivé de la soustraction de deux nombres plus grands qui sont presque égaux. Il n'est pas rare que ces nombres soient 10 fois supérieurs à Vs_(B). Les erreurs d'un pour cent dans les nombres se traduisent par des erreurs de dix pour cent dans Vs_(B). Tous les chiffres utilisés pour calculer Vs_(B) sont fournis par l'opérateur et proviennent principalement des procédures de pesage. (_Vpen est généralement obtenu en pesant le pénétromètre après l'avoir rempli de mercure et en divisant le poids par la densité du mercure à la température ambiante).

La principale possibilité qu'une erreur de l'instrument affecte Vs_(B) se situe dans le processus de remplissage. Si le pénétromètre n'est pas complètement rempli, le volume excédentaire est attribué à l'échantillon. Une légère erreur peut également se produire en raison des différences de température, car certains instruments supposent que la densité du mercure est constante à 13,5335, la valeur à 25°C. La pression exacte appliquée au mercure au point de départ de la mesure du volume des pores influe également sur le volume global, car des pressions plus élevées remplissent des pores de plus en plus petits. Si le matériau présente une distribution importante du volume des pores de l'ordre de 100 µm, il sera difficile d'obtenir des mesures reproductibles du volume apparent en raison de la nécessité d'une pression de départ très précise et reproductible.

La précision de la mesure du volume du squelette Vs_(S) dépend d'abord de la précision de Vs_(B) et ensuite de la précision de la mesure du volume des pores. Elle ne dépend cependant pas de la pression de départ puisque tout volume de pore non pénétré à la faible pression de remplissage (et augmentant ainsi _Vs(B)) sera pénétré par le mercure, mesuré et soustrait au fur et à mesure que la pression augmente. L'erreur s'annule donc d'elle-même.

Les discordances entre les densités squelettiques mesurées et les valeurs du manuel pour le matériau peuvent également être dues à des pores fermés auxquels le mercure n'a pas accès, à des pores trop petits pour être pénétrés par le mercure à la pression la plus élevée utilisée et à la compression de l'échantillon. La compression peut être particulièrement importante dans le cas des matériaux organiques. Une réduction de volume pouvant atteindre 10 % peut se produire dans les matières plastiques à 60 000 psia. Une modification de la densité s'ensuit et est signalée par l'instrument.

Recommandations

Vous trouverez ci-dessous quelques recommandations pour minimiser les erreurs :

• Assurer un pesage précis avec au moins 5 chiffres significatifs lorsque c'est possible
• Déterminer avec précision le volume interne (bulbe et capillaire) des pénétromètres, si possible avec cinq chiffres significatifs. Veillez à toujours utiliser le même bouchon avec le pénétromètre, car de légères irrégularités d'un bouchon à l'autre peuvent entraîner des erreurs mesurables dans le volume interne.
• Inspecter occasionnellement les pénétromètres pour s'assurer qu'ils sont correctement remplis.
• Évitez les mesures de densité précises lorsque la température du pénétromètre varie de manière significative.
• Utilisez le volume d'échantillon pratique maximal dans le bulbe du pénétromètre en fonction de la capacité capillaire. Cela améliorera l'effet de levier mathématique.
• Examinez attentivement les informations relatives au poids avant chaque analyse afin d'éviter les erreurs.
• Examiner la courbe de distribution du volume des pores pour vérifier qu'il n'y a pas de forte pente au début et à la fin. Il sera plus difficile d'obtenir des résultats reproductibles dans de tels cas. La pente à l'extrémité de la haute pression peut également être due à l'écrasement des pores fermés ou à la compression du matériau.