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Comptes Rendus Géoscience
Volume 344, n° 10
pages 516-525 (octobre 2012)
Doi : 10.1016/j.crte.2012.09.004
Received : 8 May 2012 ;  accepted : 25 September 2012
Soil porosity resulting from the assemblage of silt grains with a clay phase: New perspectives related to utilization of X-ray synchrotron computed microtomography
Porosité du sol résultant de l’assemblage de grains de la taille des limons avec une phase argileuse : nouvelles perspectives liées à l’utilisation de la microtomographie utilisant le rayonnement X d’un synchrotron
 

Olivier Rozenbaum a, b, c, Ary Bruand a, , b, c , Emmanuel Le Trong a, b, c
a UMR 7327, CNRS, université d’Orléans, institut des sciences de la terre d’Orléans (ISTO), 1A, rue de la Férollerie, 45071 Orléans cedex 2, France 
b UMR 7327, CNRS/INSU, institut des sciences de la terre d’Orléans (ISTO), 45071 Orléans cedex 2, France 
c UMR 7327, BRGM, institut des sciences de la terre d’Orléans (ISTO), BP 6009, 45060 Orléans, France 

Corresponding author.
Abstract

Understanding the assemblage of basic grains is essential for predicting many soil properties. X-ray synchrotron microtomography with a high resolution was used for visualisation and quantification of the assemblage of silt grains with a clay phase containing 20% of clays. The 3D computed image was analysed after appropriate segmentation by using: (i) autocorrelation functions which enables anisotropy discussion of the assemblage; (ii) chord distribution which gives information on the size distribution of the void and solid phases; and (iii) the Hoshen-Kopelman algorithm (6-connectivity) in order to label each void with a unique number and thus enabling discussion of the connectivity. Our results show that X-ray synchrotron microtomography enables a more accurate analysis of the assemblage of silt grains with a clay phase than with conventional methods. Thus, it showed the isotropy of the silt-clay assemblage in the studied soil material. The void and solid phase volumes were smaller than 80 and 120 μm in all directions, respectively. The mean distance between two interfaces was 6.9 and 13.4 μm for the void and solid phase, respectively. X-ray synchrotron microtomography of the soil material studied also showed that the voids resulting from the assemblage of the silt grains with the clay phase can be considered as fully connected in the studied dried materials.

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Résumé

La compréhension du mode d’assemblage des grains élémentaires est essentielle pour la prédiction de nombreuses propriétés des sols. La microtomographie à haute résolution utilisant le rayonnement X d’un synchrotron a été utilisée pour analyser un matériau de sol correspondant à l’assemblage de grains de la taille des limons avec une phase argileuse contenant 20 % d’argile. L’image 3D reconstruite a été analysée après segmentation en utilisant : (i) des fonctions d’autocorrélation qui permettent de discuter le caractère anisotrope de l’assemblage ; (ii) des distributions de cordes qui donnent des informations sur la distribution de taille des vides et de la phase solide ; ainsi que (iii) l’algorithme de Hoshen-Kopelman (connectivité de 6), de façon à identifier chaque vide avec un nombre unique et ainsi discuter de la connectivité du réseau poreux. Nos résultats montrent qu’une telle microtomographie permet d’étudier le mode d’assemblage des grains de limon avec la phase argileuse avec plus de précision qu’avec les méthodes conventionnelles. Elle montre ainsi que l’assemblage étudié est isotrope et que les volumes de phase vide et solide sont plus petits que 80 et 120 μm dans toutes les directions, respectivement. La distance moyenne entre deux interfaces est de 6,9 et 13,4 μm pour la phase vide et la phase solide, respectivement. Enfin, l’analyse de la continuité des vides a révélé que les vides résultant de l’assemblage de grains de la taille des limons avec une phase argileuse pouvait être considérés comme entièrement connectés à l’état sec dans le matériau étudié.

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Keywords : Image analysis, Image segmentation, Chord distribution, Correlation length, Topology, Microporosity, Texture

Mots clés : Analyse d’image, Segmentation d’image, Distribution de cordes, Longueur de corrélation, Topologie, Microporosité, Texture




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