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En physique , en chimie et en science des matériaux , la percolation ( latin « percolare » , filtrer, s'écouler à travers , terme inventé dans les années 1840 par Edward Loysel ) désigne le mouvement et la filtration des fluides à travers des matériaux poreux. Elle n'est pas décrite par la loi de Darcy . Des applications plus larges ont depuis été développées, couvrant la connectivité de nombreux systèmes modélisés sous forme de réseaux ou de graphes, par analogie avec la connectivité des éléments d'un réseau dans le problème de la filtration, qui module la capacité de percolation.
Jöns Jacob Berzelius , le Pierre-François-Guillaume Boullay , qui désignaient généralement ce procédé par le terme de « déplacement », y ont apporté d'importantes contributions. En 1845, Edward Loysel forgea le terme et le popularisa avec sa machine à café.Histoire récente
Au cours des dernières décennies, la théorie de la percolation , l'étude mathématique de ce phénomène, a permis de nouvelles avancées et de nouvelles techniques dans de nombreux domaines tels que la physique, la science des matériaux, les réseaux complexes , l' épidémiologie et d'autres disciplines. Par exemple, en géologie , la percolation désigne la filtration de l'eau à travers le sol et les roches perméables. L'eau s'écoule ensuite pour recharger les nappes phréatiques et les aquifères . Lorsque l' on prévoit d'installer des bassins d'infiltration ou des champs d'épandage pour traiter d'importantes quantités d'eau, un test de percolation est nécessaire au préalable afin de déterminer la viabilité de l'ouvrage envisagé. Dans un réseau carré bidimensionnel, la percolation est définie comme suit : un site est « occupé » avec une probabilité p, ou « vide » (auquel cas ses bords sont supprimés) avec une probabilité 1 – p ; le problème correspondant est appelé percolation de site (voir figure 2).
La percolation présente généralement une universalité . Des concepts de physique statistique tels que la théorie de l'échelle, la renormalisation , la transition de phase , les phénomènes critiques et les fractales sont utilisés pour caractériser les propriétés de la percolation. La combinatoire est couramment employée pour étudier les seuils de percolation .
En raison de la complexité liée à l'obtention de résultats exacts à partir de modèles analytiques de percolation, on utilise généralement des simulations informatiques. L'algorithme de percolation le plus rapide actuellement a été publié en 2000 par Mark Newman et Robert Ziff.
Exemples
- La percolation du café (voir Fig. 1), où le solvant est l'eau, la substance perméable est le marc de café et les constituants solubles sont les composés chimiques qui donnent au café sa couleur, son goût et son arôme.
- Mouvement de matériaux altérés le long d'une pente sous la surface terrestre.
- Fissuration des arbres sous l'effet de deux conditions : la lumière du soleil et la pression.
- Effondrement et robustesse des capsides virales biologiques face à l'élimination aléatoire de sous-unités (fragmentation des virus vérifiée expérimentalement).
- Transport en milieux poreux.
- Propagation des maladies.
- Rugosité de surface.test de percolation . Exemple/théorie : un trou (généralement de 15 à 25 cm de diamètre) est creusé en surface (généralement de 30 à 60 cm de profondeur). On remplit le trou d'eau et on mesure le temps nécessaire à une baisse de 2,5 cm du niveau de l'eau. Si le niveau de l'eau baisse rapidement, comme c'est souvent le cas dans les sables mal calibrés, l'emplacement est potentiellement adapté à un champ d' épandage . En revanche, si la conductivité hydraulique du site est faible (généralement dans les sols argileux et limoneux), le site est inadapté.