Analyse d'images tridimensionnelles et simulation du comportement hydrodynamique des sols

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Analyse d'images tridimensionnelles et
simulation du comportement hydrodynamique des
sols

• Edith Perrier, IRD
• Nancy, 3 Décembre 2002

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Modélisation des caractéristiques hydriques dun
sol
Acquisition dimages tridimensionnelles
Traitement dimages extraction dun réseau de
pores
Simulation du comportement hydrodynamique
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Modélisation des transferts hydriques
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Détermination des caractéristiques hydriques
Vers léchelle microscopique
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Modélisation des caractéristiques hydriques
Pores de différentes tailles r
r
loi de Laplace h1/r
Courbe de rétention deau
Courbe de conductivité hydraulique
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Analyse dimages et distribution de tailles de
pores
gt des volumes pour chaque classe de taille de
pores
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Simulation de linvasion dun fluide
Entrée deau
Entrée dair
dans un sol saturé dair
dans un sol saturé deau
Taille des pores (Loi de Laplace) accessibilité
sur le réseau
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Hysteresis de la courbe de rétention deau
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Simulation de la conductivité hydraulique
- Loi de Poiseuille dans chaque pore - Analogie
avec un réseau de résistances électriques
Résolution dun système linéaire à chaque
stade de remplissage
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Connectivité et conductivité hydraulique
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Quel type de réseau choisir?
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Modélisation des caractéristiques hydriques dun
sol
Acquisition dimages tridimensionnelles
Traitement dimages extraction dun réseau de
pores
Simulation du comportement hydrodynamique
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Coupes sériées
E. Moreau , 1995
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Méthodes non destructives
Tomographie rayon X, (scanners médicaux ou
synchrotron) rayons gamma, Résonnance magnétique
nucléaire,
Timmermann, 1999
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Modélisation des caractéristiques hydriques dun
sol
Acquisition dimages tridimensionnelles
Traitement dimages extraction dun réseau de
pores
Simulation du comportement hydrodynamique
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4 étapes
Squelettisation, tailles locales, objets
pores , réseau
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1) Squelettisation
Calcul du diagramme de Voronoï
Sélection des points du squelette
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1) Squelettisation exemple 2D
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2) Taille de pore locale
Taille locale de pores

Affectation dune taille à chaque pixel
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3) Objets pores
Choix de boules centrées sur le squelette
Création de pores à partir dune extension
contrôlée de ces boules
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4) Réseau

• Chaque pore est représenté par
• son centre de gravité , son volume, sa taille
• ses voisins

B
A
C
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Exemple 3D
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Modélisation des caractéristiques hydriques dun
sol
Acquisition dimages tridimensionnelles
Traitement dimages extraction dun réseau de
pores
Simulation du comportement hydrodynamique
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Invasion du mercure
Comparaison des tailles de pores mesurées par
analyse dimages et par porosimétrie au mercure
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Courbe(s) de rétention deau
Drainage (simulation de linvasion de
lair) et Imbibition (simulation de linvasion
de leau)
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Simulation de la conductivité
vitesses
Gradient de pression
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Données expérimentales
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Perspectives
- Sur des images déchantillons variés, à
différentes échelles et résolutions valider les
algorithmes et le modèle, comparaison avec des
données expérimentales - Associer à différents
types de sols différents types de réseaux de
pores tri-dimensionnels. De la quantification sur
des images réelles... Vers des modèles de
structures de sols virtuelles...