Gas diffusion in a silty-clay soil: experimental study on an undisturbed soil core and simulation in its three-dimensional reconstruction

Summary Transport of gas in soil depends on the paths available through the porous system. We determined the rate of diffusion of air through a core of silty‐clay soil experimentally. After the experiment, the core was impregnated with resin and sectioned at 100 μm. From the images of the sections, the porous structure was reconstructed in three dimensions with a 100‐μm resolution and gas diffusion was simulated in it. We computed the self‐diffusion to describe gas diffusion. The experiment and simulation were compared using tortuosity, which is the ratio between the self‐diffusion coefficient calculated in air and the coefficient calculated in the reconstructed sample. The results showed that the experimentally measured tortuosity (2.3) and the numerically calculated tortuosity (1.75) were similar. This suggests that the self‐diffusion propagator is useful for simulating self‐diffusion in a numerical three‐dimensional reconstructed sample and that the scale chosen for the reconstruction of the sample (100 μm) was suitable for this particular soil. Résumé Les propriétés de transfert en phase gazeuse des sols ont étéétudiées sur un sol limono‐argileux. A l’issue de l’expérience, l’échantillon a été imprégné avec une résine polyester puis sectionné en coupes sériées. A l’aide des images numérisées des coupes, l’échantillon a été reconstruit en trois dimensions. Nous avons ensuite simulé le processus de diffusion gazeuse dans l’échantillon reconstruit à l’aide du propagateur de diffusion. Expérience et simulation ont été comparées à l’aide de la tortuosité, rapport entre le coefficient de diffusion gazeuse dans l’air et celui dans le sol. Les résultats montrent que la tortuosité mesurée expérimentalement (2,3) et la tortuosité calculée numériquement (1,75) sont proches. Ceci prouve que l’utilisation du propagateur de diffusion est justifiée pour la simulation du processus de self‐diffusion dans un échantillon tridimensionnel reconstruit et que l’échelle choisie pour la reconstruction (100 μm) s’avère pertinente pour l’étude de la diffusion gazeuse dans ce sol.