Calcul du Degré d’Absorption des Briques
Contexte : L'essai d'absorption d'eau par immersion.
L'absorption d'eauCapacité d'un matériau poreux à aspirer et retenir l'eau. C'est un indicateur clé de sa durabilité. est une caractéristique fondamentale des matériaux de construction poreux comme la brique en terre cuite. Elle quantifie la quantité d'eau qu'une brique peut absorber par rapport à son poids sec. Cette propriété est cruciale car elle influence directement la durabilité du matériau, notamment sa résistance au gel/dégel, son comportement face à l'humidité ascensionnelle et son adhérence aux mortiers. Un taux d'absorption trop élevé peut entraîner des pathologies du bâtiment.
Remarque Pédagogique : Cet exercice vous apprendra à suivre un protocole d'essai normalisé pour déterminer une caractéristique essentielle d'un matériau et à interpréter le résultat pour valider sa conformité.
Objectifs Pédagogiques
- Comprendre l'importance du taux d'absorption d'eau pour une brique.
- Maîtriser le protocole de l'essai par immersion à froid.
- Appliquer la formule de calcul du coefficient d'absorption.
- Comparer un résultat d'essai aux exigences normatives.
Données de l'étude
Protocole de l'Essai d'Absorption
| Paramètre | Description | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| \(M_{\text{s}}\) | Masse de la brique après séchage à l'étuve | 2.250 | kg |
| \(M_{\text{sat}}\) | Masse de la brique après 24h d'immersion et essuyage | 2.565 | kg |
Questions à traiter
- Calculer la masse d'eau \(M_{\text{e}}\) absorbée par la brique.
- En déduire le volume d'eau \(V_{\text{e}}\) absorbé par la brique, en prenant la masse volumique de l'eau \( \rho_{\text{eau}} = 1000 \text{ kg/m}^3 \).
- Déterminer le coefficient d'absorption d'eau \(C_{\text{abs}}\) en pourcentage.
- Sachant que pour un usage en maçonnerie exposée, la norme requiert un coefficient d'absorption inférieur à 15%, conclure sur la conformité du lot de briques.
Les bases sur la Porosité des Matériaux
La capacité d'un matériau à absorber l'eau est directement liée à sa porosité, c'est-à-dire au volume des vides (pores) qu'il contient par rapport à son volume total. Pour les briques, cette porosité est issue du processus de cuisson de l'argile.
Coefficient d'Absorption d'Eau (\(C_{\text{abs}}\))
Ce coefficient est le rapport, exprimé en pourcentage, entre la masse d'eau absorbée par le matériau et la masse du matériau sec. Il se calcule via la formule suivante :
\[ C_{\text{abs}} (\%) = \frac{M_{\text{sat}} - M_{\text{s}}}{M_{\text{s}}} \times 100 \]
Où :
- \(M_{\text{sat}}\) est la masse de l'échantillon saturé d'eau (humide).
- \(M_{\text{s}}\) est la masse de l'échantillon sec.
Correction : Calcul du Degré d’Absorption des Briques
Question 1 : Calculer la masse d'eau \(M_{\text{e}}\) absorbée par la brique.
Principe
La masse d'eau absorbée correspond simplement à l'augmentation de la masse de la brique entre son état sec et son état saturé. C'est la différence entre la masse finale (humide) et la masse initiale (sèche).
Mini-Cours
Ce calcul repose sur le principe de conservation de la masse. La masse supplémentaire mesurée après immersion ne peut provenir que de l'eau qui a pénétré dans les pores de la brique. La matière de la brique elle-même est considérée comme stable.
Remarque Pédagogique
Cette première étape est un calcul intermédiaire simple mais fondamental. Assurez-vous de bien identifier la masse initiale (sèche) et la masse finale (saturée) avant toute opération pour ne pas les inverser.
Normes
Bien que ce calcul soit une simple opération physique, il s'inscrit dans le cadre de normes d'essais sur les matériaux, comme la norme européenne EN 772-21, qui spécifie la méthode de détermination de l'absorption d'eau des éléments de maçonnerie en terre cuite par immersion en eau froide.
Formule(s)
Formule de la masse d'eau absorbée
Hypothèses
Pour que le calcul soit valide, nous posons les hypothèses suivantes :
- Aucune particule de la brique ne s'est détachée durant l'immersion.
- La balance utilisée pour la pesée est juste et précise.
- L'essuyage de la surface a retiré toute l'eau superficielle sans extraire l'eau des pores.
Donnée(s)
On reprend les valeurs de masse fournies dans l'énoncé de l'exercice.
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Masse sèche | \(M_{\text{s}}\) | 2.250 | kg |
| Masse saturée | \(M_{\text{sat}}\) | 2.565 | kg |
Astuces
Pour un calcul mental rapide, vous pouvez arrondir : 2,55 - 2,25 = 0,30. Le résultat doit être proche de 0,3 kg. Cela permet de vérifier l'ordre de grandeur de votre résultat final.
Schéma (Avant les calculs)
Visualisons les deux états de la brique sur une balance imaginaire pour bien comprendre l'opération à réaliser.
Comparaison des masses
Calcul(s)
Application numérique
Schéma (Après les calculs)
La masse de la brique saturée est la somme de sa masse sèche et de la masse d'eau absorbée.
Composition de la masse saturée
Réflexions
La brique a absorbé 315 grammes d'eau. Ce chiffre seul n'est pas très parlant sans le rapporter à la masse initiale de la brique. C'est l'objectif de la question suivante. Cependant, on peut déjà noter que la brique a une capacité d'absorption non négligeable.
Points de vigilance
L'erreur la plus classique ici est d'inverser les termes de la soustraction (\(M_{\text{s}} - M_{\text{sat}}\)), ce qui donnerait un résultat négatif, physiquement impossible. La masse d'un objet ne peut qu'augmenter en absorbant de l'eau.
Points à retenir
La masse d'eau absorbée est la différence positive entre la masse de l'échantillon saturé et sa masse sèche. C'est la base de tous les calculs de coefficient d'absorption.
Le saviez-vous ?
La masse volumique de l'eau est d'environ 1000 kg/m³, soit 1 kg par litre. Notre brique a donc absorbé environ 0,315 litre d'eau, soit l'équivalent d'un grand verre d'eau !
FAQ
Questions fréquentes sur cette étape.
Résultat Final
A vous de jouer
Si une autre brique a une masse sèche de 2.400 kg et une masse saturée de 2.820 kg, quelle est la masse d'eau absorbée ?
Question 2 : En déduire le volume d'eau \(V_{\text{e}}\) absorbé par la brique.
Principe
Le volume d'un corps est lié à sa masse par sa masse volumique (densité). En connaissant la masse d'eau absorbée et la masse volumique de l'eau, on peut directement calculer le volume que cette eau occupe.
Mini-Cours
La masse volumique, notée \( \rho \), est une grandeur physique qui caractérise la masse d'un matériau par unité de volume. Elle est définie par la relation \( \rho = m/V \). Par conséquent, si l'on connaît la masse \( m \) et la masse volumique \( \rho \), on peut trouver le volume \( V \) par la relation \( V = m / \rho \).
Remarque Pédagogique
Cette question permet de transformer une masse, qui est une grandeur abstraite, en un volume, qui est beaucoup plus facile à visualiser (par exemple, en le comparant à une bouteille d'eau). C'est une étape importante pour se représenter concrètement ce que le résultat signifie.
Normes
L'utilisation de la masse volumique de l'eau est une convention de base en physique et en ingénierie. La valeur de 1000 kg/m³ (ou 1 g/cm³, ou 1 kg/L) est une valeur standard pour l'eau douce à 4°C, et est suffisamment précise pour les calculs courants du bâtiment.
Formule(s)
Formule du volume à partir de la masse
Hypothèses
Nous supposons que la masse volumique de l'eau utilisée pour l'immersion est de 1000 kg/m³. C'est une approximation standard et acceptable qui néglige les variations de densité dues à la température ou aux impuretés.
Donnée(s)
Nous utilisons le résultat de la question 1 et la valeur donnée dans l'énoncé de la question 2.
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Masse d'eau absorbée | \(M_{\text{e}}\) | 0.315 | kg |
| Masse volumique de l'eau | \(\rho_{\text{eau}}\) | 1000 | kg/m³ |
Astuces
Diviser par 1000 revient à décaler la virgule de trois rangs vers la gauche. De plus, sachez qu'un volume de 1 m³ correspond à 1000 litres. Donc, si vous avez la masse d'eau en kg, la valeur est directement le volume en litres ! (Ex: 0.315 kg d'eau = 0.315 L).
Schéma (Avant les calculs)
Ce schéma illustre la transformation de la masse en volume grâce à la masse volumique, qui sert de "convertisseur".
Conversion Masse vers Volume
Calcul(s)
Calcul du volume en m³
Conversion du volume en litres
Schéma (Après les calculs)
On peut se représenter le volume d'eau absorbé par rapport à un objet du quotidien, comme une canette de 33 cL (0.33 L).
Visualisation du Volume Absorbé
Réflexions
La brique a absorbé un volume de 0.315 litre (ou 315 cm³). Ce volume correspond aux pores qui étaient vides dans la brique sèche et qui se sont remplis d'eau. Cela donne une idée tangible de la "vacuité" interne du matériau.
Points de vigilance
L'erreur principale est la gestion des unités. Si vous mélangez des grammes et des kilogrammes, ou des m³ et des cm³, le résultat sera faux. Assurez-vous que les unités de masse sont les mêmes (kg et kg/m³) pour obtenir un volume en m³.
Points à retenir
La relation \( V = M / \rho \) est fondamentale en physique. Pour l'eau, retenir que 1 kg équivaut à 1 Litre est une astuce très utile pour les conversions rapides.
Le saviez-vous ?
Cette mesure ne donne que le volume de la "porosité ouverte", c'est-à-dire les pores connectés entre eux et accessibles depuis la surface. Une brique peut aussi contenir des "pores fermés", des bulles d'air internes qui n'absorberont pas d'eau par simple immersion.
FAQ
Questions fréquentes sur cette étape.
Résultat Final
A vous de jouer
Si une brique a absorbé 0.420 kg d'eau, quel est le volume correspondant en litres ?
Question 3 : Déterminer le coefficient d'absorption d'eau \(C_{\text{abs}}\) en pourcentage.
Principe
Le coefficient d'absorption est un ratio. Il compare la quantité d'eau que la brique a absorbée à sa propre masse lorsqu'elle était sèche. Le multiplier par 100 permet d'exprimer ce ratio en pourcentage, ce qui est plus facile à interpréter et à comparer entre différentes briques.
Mini-Cours
Exprimer une valeur en pourcentage est une méthode de normalisation. Cela permet de s'affranchir de la taille ou de la masse absolue de l'échantillon. Une petite brique et une grande brique peuvent avoir des masses d'eau absorbées très différentes, mais des coefficients d'absorption très similaires s'ils sont faits du même matériau. C'est ce coefficient qui est le véritable indicateur de la qualité du matériau.
Remarque Pédagogique
Ce calcul transforme une valeur absolue (la masse d'eau) en un indicateur de performance relatif (le pourcentage). C'est cette valeur en % qui sera utilisée pour juger de la qualité de la brique par rapport à une norme.
Normes
La formule elle-même est définie dans la norme d'essai EN 772-21. Les valeurs limites à ne pas dépasser sont, quant à elles, données dans la norme produit EN 771-1 et ses annexes nationales, en fonction de la classe d'exposition de la maçonnerie.
Formule(s)
Formule principale
Formule alternative
Hypothèses
Nous nous basons sur les mêmes hypothèses que la question 1, notamment que la masse d'eau calculée \(M_{\text{e}}\) est exacte et que l'échantillon est représentatif.
Donnée(s)
On utilise la masse d'eau calculée à l'étape précédente et la masse sèche initiale.
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Masse d'eau absorbée | \(M_{\text{e}}\) | 0.315 | kg |
| Masse sèche | \(M_{\text{s}}\) | 2.250 | kg |
Astuces
Pour estimer le résultat : on sait que 10% de 2.250 kg est 0.225 kg. Notre masse d'eau est 0.315 kg, soit un peu plus. 1% de 2.250 est environ 0.0225. 0.315 est environ 0.225 + 4*0.0225, donc le résultat devrait être autour de 10 + 4 = 14%.
Schéma (Avant les calculs)
On peut représenter la masse sèche comme une base de référence (100%) et chercher à quelle proportion de cette base correspond la masse d'eau absorbée.
Ratio Absorption / Masse Sèche
Calcul(s)
Application de la formule
Schéma (Après les calculs)
Le résultat peut être visualisé sur une jauge de conformité.
Jauge de Conformité
Réflexions
Un coefficient de 14% signifie que la brique peut absorber une quantité d'eau égale à 14% de sa propre masse. C'est une valeur quantitative qui permet une comparaison objective avec les exigences réglementaires.
Points de vigilance
L'erreur la plus grave est de diviser la masse d'eau par la masse saturée (\(M_{\text{sat}}\)) au lieu de la masse sèche (\(M_{\text{s}}\)). Le pourcentage d'absorption est toujours calculé par rapport à la masse de référence du matériau sec.
Points à retenir
Le coefficient d'absorption est un pourcentage de la masse sèche : \((\text{masse eau} / \text{masse sèche}) \times 100\). C'est l'indicateur clé pour évaluer la porosité d'une brique.
Le saviez-vous ?
Les tuiles en terre cuite, qui doivent être très imperméables pour protéger une toiture, ont des taux d'absorption d'eau beaucoup plus faibles, souvent inférieurs à 6%. À l'inverse, certains matériaux isolants très légers peuvent avoir des taux dépassant les 100% !
FAQ
Questions fréquentes sur cette étape.
Résultat Final
A vous de jouer
Avec une masse d'eau absorbée \(M_{\text{e}}\) de 0.400 kg et une masse sèche \(M_{\text{s}}\) de 2.000 kg, quel est le coefficient d'absorption ?
Question 4 : Conclure sur la conformité du lot de briques.
Principe
La conclusion consiste à comparer la valeur mesurée (le résultat de notre calcul) à la valeur de référence (l'exigence de la norme). Si notre valeur est inférieure ou égale à la limite, le produit est conforme. Sinon, il est non conforme.
Mini-Cours
En ingénierie et en contrôle qualité, la conformité est l'adéquation d'un produit, service ou processus à des exigences spécifiées. Ces exigences sont souvent des critères quantitatifs (valeurs limites, dimensions, résistances) définis dans des normes, des cahiers des charges ou des réglementations. La décision finale est binaire : Conforme ou Non-Conforme.
Remarque Pédagogique
C'est l'étape finale du raisonnement de l'ingénieur : les calculs sont terminés, il faut maintenant prendre une décision. La conclusion doit être claire, non ambiguë et justifiée par la comparaison des chiffres.
Normes
L'exigence est ici une valeur limite. Cette valeur de 15% est typique pour les briques de catégorie I destinées à une maçonnerie exposée aux intempéries (classe d'exposition MX3 ou supérieure selon l'Eurocode 6). La norme produit de référence est la EN 771-1.
Formule(s)
Condition de conformité
Hypothèses
La principale hypothèse est que l'échantillon testé est statistiquement représentatif de la qualité moyenne de l'ensemble du lot de briques livré sur le chantier.
Donnée(s)
Nous avons besoin de la valeur calculée et de la limite normative.
| Paramètre | Valeur |
|---|---|
| Coefficient calculé \(C_{\text{abs}}\) | 14% |
| Limite normative \(C_{\text{abs,max}}\) | 15% |
Astuces
Pour éviter toute erreur d'interprétation, écrivez toujours le calcul et la limite côte à côte avant de conclure. Exemple : "Résultat : 14%. Limite : 15%. Comparaison : 14% < 15%. Conclusion : Conforme."
Schéma (Avant les calculs)
La jauge de la question précédente sert de schéma de décision. La zone verte représente la conformité, la zone rouge la non-conformité.
Zone de décision
Calcul(s)
Vérification de la condition
Schéma (Après les calculs)
Le verdict final peut être représenté par un symbole clair.
CONFORME
Réflexions
La comparaison est directe : on vérifie si l'inégalité \(C_{\text{abs}} \le C_{\text{abs,max}}\) est respectée. Dans notre cas, 14% est bien inférieur à 15%. La condition est donc satisfaite. Le lot de briques présente une absorption d'eau suffisamment faible pour résister aux conditions climatiques d'un mur extérieur.
Points de vigilance
Attention à ne pas inverser le sens de l'inégalité. Une absorption FAIBLE est une qualité, donc la valeur calculée doit être INFÉRIEURE à la limite. Une erreur fréquente est de considérer le produit conforme si la valeur est supérieure.
Points à retenir
La conclusion d'un essai de conformité se fait toujours en 3 étapes : 1. Noter la valeur mesurée. 2. Noter la valeur limite de la norme. 3. Comparer les deux et conclure de façon claire (Conforme / Non-Conforme).
Le saviez-vous ?
Dans les régions très froides, un autre essai, plus sévère, est réalisé : l'essai de gélivité. Il consiste à soumettre des briques saturées d'eau à de multiples cycles de gel (-15°C) et de dégel (+20°C) pour vérifier qu'elles n'éclatent pas ou ne se délitent pas sous l'effet de la glace se formant dans leurs pores.
FAQ
Questions fréquentes sur cette étape.
Résultat Final
A vous de jouer
Un autre essai sur un lot de briques donne un coefficient d'absorption de 15.8%. Ce lot est-il conforme à l'exigence \( \le 15\text{ \%} \)?
Outil Interactif : Simulateur d'Absorption
Utilisez les curseurs pour faire varier les masses sèche et saturée d'une brique et observez en temps réel l'impact sur son coefficient d'absorption. Le graphique montre l'évolution du taux d'absorption pour une masse sèche fixe lorsque la masse saturée augmente.
Paramètres d'Entrée
Résultats Clés
Quiz Final : Testez vos connaissances
1. Quelle est la définition correcte du coefficient d'absorption d'eau ?
2. Un taux d'absorption d'eau élevé rend une brique plus vulnérable...
3. Dans l'essai, que fait-on juste avant de peser la brique après son immersion de 24h ?
4. Si une brique sèche pèse 2.0 kg et que son taux d'absorption est de 10%, quelle sera sa masse une fois saturée ?
5. En général, pour une brique de qualité destinée à un mur extérieur, on recherche un coefficient d'absorption...
- Absorption d'eau
- La capacité d'un matériau à absorber et à retenir l'eau. Elle est généralement exprimée en pourcentage de la masse sèche du matériau.
- Porosité
- Le rapport du volume des vides (pores) dans un matériau à son volume total. Une porosité élevée entraîne généralement une absorption d'eau plus importante.
- Masse Sèche (\(M_s\))
- La masse d'un matériau après avoir été séché dans une étuve à une température normalisée (généralement 105°C) jusqu'à ce que sa masse ne varie plus.
- Masse Saturée (\(M_{sat}\))
- La masse d'un matériau après qu'il a été immergé dans l'eau pendant une durée normalisée (souvent 24h) et que ses pores accessibles sont remplis d'eau.
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