Caracterización y modelización de la estructura y la textura de los suelos usando técnicas de análisis de imagen y geometría fractalaplicación al estudio de la difusión en medios porosos

Résumé

El suelo es un elemento de gran importancia para la vida en general, y para el ser humano en particular, por ser el soporte de las actividades agrícolas como de otras actividades económicas y sociales. Los procesos físicos que se producen en el suelo y que, en gran medida, controlan esas actividades están condicionados por dos características físicas del suelo: su estructura y su textura o distribución del tamaño de las partículas que lo componen. El presente trabajo consta de varias partes. La primera se dedica a la textura de los suelos, en particular a la modelización de la distribución de tamaño de partículas, aplicando técnicas de geometría fractal y utilizando herramientas matemáticas ''ex novo'' como las cascadas multiplicativas aleatorias, que permiten la simulación y caracterización de dicha distribución partiendo únicamente de los datos texturales habituales. Por otro lado, se estudia la estructura de los suelos a través de imágenes digitales de la misma. Para el estudio de la estructura es necesario obtener imágenes de calidad del espacio poroso, y segmentarlas para comparar diferentes modelos fractales en el contexto de la difusión de partículas en el suelo. Para la obtención de imágenes se ha realizado un protocolo concreto -que se especifica- utilizando técnicas instrumentales que no se emplearon previamente para la obtención de imágenes de suelos, como el microscopio confocal de fluorescencia. Se hace un estudio comparativo de diferentes métodos automáticos de segmentación de las imágenes obtenidas, y se encuentra un método unificado de segmentación de las imágenes obtenidas con el microscopio confocal. Finalmente, se simulan difusiones de partículas tanto en imágenes reales como ideales a través de modelos fractales con el fin de conseguir el modelo óptimo del espacio poroso en el contexto de la difusión de partículas en el espacio poroso.