Microsc. Microanal. Microstruct. 7, 499-504 (1996)
DOI: 10.1051/mmm:1996151

2D and 3D Morphological and Topological Analysis of a Clay Soil

Éric Moreau¹, Paul Sardini², Gérard Touchard¹ et Bruce Velde<sup>3

1</sup>  Laboratoire de Physique et Mécanique des Fluides, LEA, URA 191 CNRS, 40 avenue du Recteur Pineau, 86022 Poitiers, France
²  Laboratoire Hydrogéologie, Argiles, Sols, Altérations, URA 721 CNRS, 40 avenue du Recteur Pineau, 86022 Poitiers, France
³  Laboratoire de Géologie, ENS, URA 1316 CNRS, 24 rue de Lhomond, 75231 Paris, France

Abstract
The ultimate goal of this study is to characterize hydraulic and electric properties of clay soils. The two main applications of our work are understanding of flows and decontamination of soils by electric fields. Therefore, mathematical morphology concepts are used to describe geometrical, topological and textural properties of a reconstructed 3D fissure network from serial sectioning. Comparison between bi- and three-dimensional morphologies shows that geometries are similar even though topologies are different. In fact, percolation threshold is highly under-estimated in 2D. Determination of percolation threshold corresponding to the notion of critical narrowing is explained.

Résumé
L'ultime but de cette étude est de caractériser les propriétés hydrauliques et électriques des sols argileux. Les deux principales applications de nos recherches sont l'étude des écoulements et la décontamination des sols par champs électriques. Par conséquent, nous utilisons les concepts de la morphologie mathématique pour décrire les caractéristiques géométriques, topologiques et texturales d'un réseau de fissures 3D reconstruit par coupes sériées. La comparaison des morphologies bi- et tri-dimensionnelles montre que les géométries sont similaires mais que les topologies sont différentes. En effet, le seuil de percolation est largement sous-estimé en 2D. La détermination du seuil de percolation, associé à la notion de goulot critique, est détaillée.

PACS
0705K - Data analysis: algorithms and implementation; data management.
4755 - Nonhomogeneous flows.
9190 - Other topics in solid Earth physics.

Key words
clay minerals -- Clay soils -- morphology -- topology -- two-dimensional models -- three-dimensional models -- hydraulics -- electrical properties -- flow mechanism -- possibilities -- decontamination -- electrical field -- textures -- fissures -- geometry -- percolation -- Soil science -- Surficial geology -- Earth sciences -- Universe sciences -- Engineering geology -- Hydrology -- Hydrogeology -- sheet silicates -- silicates -- soils


© EDP Sciences 1996