Expériences réalisées et résultats

Nous avons obtenu des érodabilités de 0.29 %.km-1 à plus de 50000 %.km-1, avec une médiane proche de 16 %.km-1 sur un échantillon représentatif des roches affleurant dans les chaînons Siwaliks de la région (Figure 2). La moyenne n’a pas une grande signification pour ce paramètre compte tenu de l’étalement considérable des valeurs. Les valeurs extrêmes3 peuvent paraître suspectes de prime abord, cependant nous verrons qu’elles sont finalement cohérentes avec les autres paramètres pétrologiques ou mécaniques. A titre indicatif l’érodabilité d’un béton que nous avons testé est de 0.57 %.km-1, celle d’un grès vosgien à ciment siliceux de 0.43 %.km-1, celle d’un calcaire micritique provenant du site de la Bastille à Grenoble de 0.12 à 0.29 %.km^-1, et celle d’un quartz filonien de 0.04 à 0.06 %.km^-1.

Figure 2 : Distribution des érodabilités dans les grès Siwaliks (Népal Central, région de la Bakeya).

Nous avons procédé à 146 mesures d’érodabilité (grès uniquement) sur 68 galets façonnés dans 30 blocs de grès provenant de 30 sites d’échantillonnages des bassins de la Bakeya, de la Ratu, et de la Churre.

(A) La distribution des érodabilités est très étalée dans le secteur de la Bakeya. A titre indicatif nous avons rajouté la gamme d’érodabilités mesurées par Jérôme Lavé dans le cadre d’une autre étude sur des grès provenant de la Suraï Khola (un petit bassin versant situé dans le Siwaliks plus à l’ouest du Népal, voir les cartes en annexe). Les érodabilités y sont comparables, mais les grès Siwaliks moyens n’avaient pas été échantillonnés sur ce site.

(B) Distribution calculée sur toutes nos mesures d’érodabilité.

La reproductibilité de la mesure est assez faible sur les lithologies provenant des Siwaliks. Le ratio écart type moyen / moyenne des érodabilitésmesurées pour un galet façonné donné et réutilisé

3 Les échantillons les plus érodables sont si fragiles qu’ils finiraient par se déstructurer dans l’eau sous leur propre

poids au bout de quelques dizaines minutes, même sans aucun mouvement. D’ailleurs nous verrons dans les parties suivantes que nous ne pourrons pas hydrater ces roches pour effectuer des essais mécaniques sur éprouvette saturée. Si la mesure d’érodabilité est possible, c’est uniquement parce que les galets façonnés sont plongés secs dans le canal, et parce que l’expérience ne dure pas assez de temps pour que l’eau pénètre complètement dans les pores. Notons que la perte de masse de ces échantillons est telle que le biais sur la pesée initiale, effectuée sur roche sèche, reste limité.

à plusieurs reprises dans le dispositif atteint pratiquement 40% en moyenne, avec une médiane de 25%. En outre la dispersion au sein d’une famille de sous-échantillons semble être du même ordre (36% pour une médiane de 38%), et témoigne de la forte hétérogénéité à petite échelle de ces roches (Figure 3).

La dispersion particulièrement importante pour les lithologies les plus érodables s’explique facilement. Les valeurs d’érodabilité extrêmes de plusieurs milliers voire dizaines de milliers de %.km-1 sont soumises à une forte incertitude et surtout à une surestimation quasi systématique. En effet les expériences sont de très courtes durées (quelques dizaines de secondes), et la récupération des galets façonnés très fragiles s’avère souvent délicate.

La dispersion sur les lithologies les plus dures est plus troublante. En fait certaines lithologies montrent une plus forte tendance à ce fissurer, avec arrachement ponctuel de fragments. Malgré toutes nos précautions pour récupérer et peser les morceaux, ce processus stochastique entraîne inévitablement une perte inconnue de matière et donc une surestimation imprévisible de l’érodabilité. Finalement la reproductibilité est excellente pour certains échantillons (inférieure à +-5% en relatif, variation imperfectible car surtout liée à des problèmes de pesée), et très mauvaise sur d’autre (supérieure +-100% en relatif).

Figure 3 : Reproductibilité et dispersion des mesures d’érodabilité.

(A) L’exemple des échantillons SED024 et SED042 illustre parfaitement à la fois les problèmes de reproductibilité des mesures et de dispersion des valeurs d’érodabilité au sein d’une famille de sous-échantillons. Les trois galets façonnés SED042 A B et C provenant du site B9 ont été taillés dans le même bloc de roche à quelques centimètres de distance. Il apparaît clairement que les échantillons A et B sont trois fois plus érodables que le sous-échantillon C sans qu’aucune différence lithologique ou présence de fissure puisse l’expliquer à l’oeil nu. En outre SED042A et B donnent des valeurs d’érodabilité moins reproductibles, conséquence d’un écaillage épisodique qui ne semble pas affecter SED042C. Notons enfin que l’échantillon SED024 provient du site B8 situé juste en face du site B9, sur l’autre rive de la Bakeya, et qu’il correspond à priori au même banc. Ces résultats montrent qu’il existe potentiellement un ordre de grandeur de différence entre les érodabilités les plus fortes et les érodabilités les plus faibles dans un grès Siwaliks apparemment homogène.

(B) Ce graphique montre que la reproductibilité des mesures à tendance à se dégrader pour de fortes érodabilités, mais que certains sous-échantillons moins érodables présentent également un écart type relatif élevé. Il s’agit souvent de grès hétérogènes avec intraclastes ou litage marqué, ou de lithologies particulières (pélites, argilites) qui se semblent fracturent facilement.

Figure 4 : Exemples de galets façonnés présentant une érosion « anormale ».

Une forte fragmentation n’entraîne pas nécessairement une grosse surestimation de l’érodabilité si tous les fragments sont récupérés, s’ils sont gros, ou si la fracturation s’est produite peu de temps avant la fin de l’expérience (et cætera). C’est le côté discontinu du phénomène qui pose problème. Notons également que la petite taille des échantillons n’est pas forcément représentative des structures et hétérogénéités de la roche.

SED041 Grès moyen lité.

Erosion orientée par le litage qui sert également de plan de fracture à de petites esquilles.

Erodabilité moyenne = 1.1 %.km-1 Ecart type relatif = 38%

SED044

Grès grossier à intraclastes. Arrachement épisodique des intraclastes proéminents (moins érodables que la « matrice »). Erodabilité moyenne = 3.9 %.km-1 Ecart type relatif = 39 %

SED040 Argilite indurée.

Forte tendance à se fracturer. Erodabilité moyenne = 58 %.km-1 Ecart type relatif = 65%

SED042bis

Arénite « Salt and Pepper ».

Erosion symétrique « normale » : un galet en forme de pavé arrondi tend vers un sphéroïde ou un ellipsoïde. Cependant les différents sous échantillons présentent des érodabilités dispersées sans raison apparente (pas de fissure ou d’hétérogénéité visibles).

Erodabilité moyenne = 138 %.km-1 Ecart type relatif = 65 %

B. Caractéristiques pétrologiques et mécaniques