Effects of freezing on the microstructure of peat materials: Evaluation of peat structure using X-ray computed microtomography.
Effets de la congélation sur la microstructure de tourbes. Apport de la micro- tomographie X à révéler tels effets de congélation.
Résumé
The impact of freezing on Sphagnum and Sphagnum Molinia decomposed peats was estimated from their morphological alterations in pore structure computed from 3D CT scanning images. This study investigates how the freeze during peat samples preparing in laboratory affects pore structure, using high-resolution (100 and 60μm) three-dimensional (3D) X-ray computed tomography (CT) and digital image processing of two peats sampled at a certain depths. Our results show that while the freezing technique is more and more frequently used, it alters the structure of the two peat materials studied. Not only tubular pores with a larger diameter were partially altered but many smaller pores also were produced by freezing. The later might be produced by the formation of ice crystals of similar size within the porous organic matrix water saturated or, as suggested by their 3D distribution, by the crystallization of the water in tubular pore too small to be identified before freezing with the X-ray microtomography used in this study but, after freezing, large enough discontinuously after ice crystals formation and their growth by water migration from the surrounding porous and water saturated organic matrix. Whatever le formation mechanism of these new pores visible after freezing on the 3D CT scanning images, our results show that the freezing technique is to be used with great care when the objective is to study the structure of peat materials, and that for peat materials similar to those studied here, it should be avoided.
Les tourbes résultent d'une accumulation nette de la matière organique dans des contextes de bilan hydrique positif conduisant à un excès d'eau permanent. Ainsi, on enregistre une accumulation de la biomasse végétale produite chaque année par la photosynthèse, cette biomasse s'accumule plus rapidement qu'elle ne se décompose, (Limpens et al., 2008, Bragazza, 2008). La tomographie X, souvent appliquée pour le diagnostic médical, l'est aussi pour l'étude des tourbes depuis des années pour la connaissance de leur structure. Peu d'études portant sur les propriétés physique (porosité, densité apparente et degré de décomposition) et hydrauliques (rétention en eau et conductivité hydraulique) des tourbes ont été effectuées. Certaines d'entre elles mettent en oeuvre la tomographie X sur des échantillons de taille très variable (entre 100 et 200 cm 3), (Quinton et al., 2009, Rezanezhad et al., 2010, Turberg et al., 2014). Plus récemment, de telles études ont cherché à préciser la structure fine des tourbes (organisation des débris organiques et géométrie des vides qui en résulte) afin de mieux comprendre les propriétés physico-hydriques en mettant en oeuvre la micro-tomographie X à haute résolution (Gerke et al., 2012 ; Rezanezhad et al., 2016). Objectif : La caractérisation de matériaux tourbeux par la micro-tomographie X nécessite, pour minimiser la perturbation structurale lors de la préparation des échantillons qui se doivent d'être de petite taille, un protocole conduisant à congeler l'échantillon afin de le découper à l'état solide avant qu'il ne soit scanné. Cette étude a pour objectif de vérifier si la congélation d'échantillons de tourbe, avant leur analyse en micro-tomographie X, provoque une modification de sa structure originelle. Matériel et méthodes : Plusieurs échantillons de deux types de tourbe (tourbe à Sphaigne et à Molinie) ont été prélevés dans deux sites appartenant Service National d'Observations Tourbières (D'Angelo et al., 2016). Pour chaque bloc (15x15 cm² et 40 cm de profondeur) et selon le degré de décomposition de la tourbe, 6 tranches de 5 cm de long ont été découpées. Des mesures physico-hydriques (densité apparente, porosité et teneur en eau) ont été réalisées. Des sous-échantillons (5 cm de diamètre et 7 cm de long) ont été analysés en micro-tomographie X, puis congelés à-10 C° pendant 48h, décongelés sans que la teneur en eau ne varie, et analysés à nouveau en micro-tomographie X avec une résolution de 50-60 µm.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)