Den permeabiliteten av et porøst medium måler dens evne til å muliggjøre en flytende til å passere gjennom den under virkningen av en trykk-gradient eller et gravitasjonsfelt. Denne mengden er relatert til Darcis lov . Fraværet av permeabilitet kalles impermeabilitet .
En antagelse som ligger til grunn for definisjonen er at strømmen i mediet er Stokes flow . Denne antagelsen brukes til å etablere Darcy-ligningen fra beskrivelsen av porøsiteten ved hjelp av volumgjennomsnittsmetoden eller ved homogenisering . Permeabilitet er en egenskap for mediet og derfor uavhengig av væsken som passerer gjennom det, væske eller gass. Dette skal kvalifiseres av det faktum at fysiske fenomener som er spesifikke for gasser, kan vises i medier med lav porøsitet, fenomener beskrevet av Darcy-Klinkenberg-ligningen . På samme måte kan viskositeten til en væske spille for høye strømningshastigheter, dette avhengig av Reynolds-tallet dannet med den karakteristiske dimensjonen til porøsiteten. Denne rettelsen til Darcys lov er inneholdt i Darcy-Forchheimers lov .
For et isotropisk, porøst materiale krysset av en strømning, er permeabilitetskoeffisienten k en skalarverdi definert fra Darcys lov som gir massestrømmen q eller gjennomsnittshastigheten i mediet V f (filtreringshastighet) av en væske med tetthet ρ, av kinematisk viskositet ν under påvirkning av en trykkgradient ∇ p og et gravitasjonsfelt g :
k er dimensjonen til en overflate. Standard permeabilitetsenhet er derfor m 2 .
For et materiale som er isotropisk, men ikke homogent på porøsitetsskalaen, er permeabilitetskoeffisienten en statistisk fordeling der bare gjennomsnittet vanligvis holdes.
For et homogent, men ikke isotropisk materiale, er permeabilitetskoeffisienten en tensor definert av samme ligning som ovenfor. For eksempel for et tverrgående isotropisk stratifisert medium vil permeabilitetstensoren skrives (z-aksen vinkelrett på lagene):
Generelt er permeabiliteten til et medium beskrevet av 5 parametere: 3 permeabilitetskoeffisienter og 2 vinkler for orienteringen av dette mediet med hensyn til de riktige aksene til materialet.
I det hydrauliske feltet der trykkgradienten er ubetydelig q , er V f og g justert og dette uttrykket er skrevet i skalar form:
Dette uttrykket definerer den hydrauliske ledningsevnen K (filtreringshastigheten).
Darcy (symbol D) er definert som permeabiliteten til et medium der en væske med en viskositet på 1 centipoise (vann ved 20 ° C), utsatt for en trykkgradient på 1 atm, flyter med en hastighet på 1 cm.s -1 . Tar hensyn til definisjonen av atmosfæren enheten p 0 = 1,01325 x 10 5 Pa og omdannelsen av de andre enhetene (cm, centipoise) har vi:
Darcy, selv om den fremdeles er i bruk, er en foreldet enhet.
De geologene og geomorphologists utmerker seg i bergarten permeabilitet sprekken og permeabiliteten pore . Den første “er knyttet til det faktum at bergarter presenterer diskontinuiteter (in) i alle skalaer arvet fra deres plasseringsmåte og deres tektoniske fortid . På en makroskopisk skala vil vi snakke om "makro-krakking": stratifiseringsfuger (i tilfelle av sedimentære bergarter ), schistosity- og foliasjonsplan (i tilfelle metamorfe bergarter ), skjøter , feil og knusingssoner. Disse diskontinuitetene er så mange svakhetsplaner som de forskjellige prosessene med mekanisk fragmentering og kjemisk forandring av bergarter vil kunne handle. På mikroskopisk skala (mikrosprekker) observerer vi også spaltningsplan av visse mineraler, som glimmerens lamellstruktur , eller mikrosprekker som går gjennom kvartskorn . Porepermeabiliteten (som tilsvarer intergranulære hulrom) vil i hovedsak spille i en veldig fin skala, størrelsen på krystallene i kontaktmikrosystemer (i tilfelle polyminerale, metamorfe bergarter), eller graden av sementering (i tilfelle av sedimentære bergarter) ” .
Målingen utføres av et permeameter. Dette generiske begrepet beskriver forskjellige innretninger beregnet for måling av gasser eller væsker, for hver væske i et gitt permeabilitetsområde, måling utført i laboratoriet eller in situ (geologisk måling). I alle tilfeller måles eller påføres trykket, og strømningshastigheten måles.
Beregningen er basert på kunnskap eller modellering av porøsiteten.
Man kan modellere problemet ved å redusere dette til problemer man kjenner den analytiske løsningen på:
Parametrene (størrelse, avstand) velges slik at de respekterer kunnskapen vi har i tillegg, generelt porøsiteten. Vi oppnår dermed Kozeny-Carmans lov eller Ergün .
Mer nylig har mikrotomografiteknikker gjort det mulig å gjenopprette den nøyaktige geometrien til mediet og følgelig å utføre en nøyaktig beregning av permeabiliteten. Denne beregningen utføres på forskjellige bokser definert i materialet og gir tilgang til den statistiske fordelingen av denne eiendommen. Videre gjør denne metoden det mulig å beregne porøsiteten selvfølgelig, men også andre parametere som den tilsynelatende termiske ledningsevnen ved ledning, men også stråling.
Jordsmonnene har permeabilitetskoeffisienter som spenner fra 10-7 for grus opp til 10-20 m 2 for visse leire.