CHAPITRE IV. : SEDIMENTATION ET RE-SEDIMENTATION DES SEDIMENTS
IV.1. C OMPORTEMENT GLOBAL DES SEDIMENTS BRUTS
IV.1.2. Identification des modes de sédimentation
Une fois la méthodologie d’analyse mise en place, le comportement macroscopique des sédiments portuaires a été appréhendé par l’identification des modes de sédimentation et l’évaluation de la répartition des fractions granulométriques dans la colonne de sédimentation.
Pour cela, les sédiments ont été mis en suspension dans de l’eau déminéralisée. Ce liquide porteur a été choisi initialement pour contrôler les caractéristiques du milieu porteur à une fraction volumique de 10%, correspondant à la concentration de sédiment ré-immergé en mer lors de procédés de dragage. La mesure est réalisée pour 7mL de cette suspension, pendant 30min ou 15min pour le sédiment S6 (sable de plage sédimentant très vite).
Les profils en transmission, qui permettent d’identifier les modes de sédimentation pour les cinq sédiments (S6, S8, SL26, SL44 et L84) sont présentés sur les Figure IV.6, Figure IV.7 et Figure IV.9.
La Figure IV.6 montre les profils obtenus pour les sédiments sableux S6 (sable de plage) et S8 (sédiment classé sableux). Les deux sédiments présentent le même comportement à la sédimentation. On observe une sédimentation par agglomération, c’est à dire une interface surnageant/sédiment non nette et une clarification progressive du surnageant. Cependant, ce dernier phénomène ne concerne que la fraction limoneuse, la fraction sableuse (mode à 200µm) sédimentant trop rapidement pour pouvoir déterminer son mode de sédimentation (Figure IV.6 cf. S6). En effet, les sédiments composés principalement d’une fraction sableuse (particules décantables >100µm), sédimentent top vite pour que l’on puisse analyser le phénomène mis en jeu (probablement une sédimentation en masse) dans un intervalle de temps inférieur à 1 min (temps nécessaire pour un balayage optique de la cellule). Par contre, le surnageant est turbide, révélant la présence de particules de plus petites dimensions restant en suspension. Un prélèvement du surnageant (à t=5min) a été analysé par granulométrie laser, mettant en évidence la présence de supracolloïdes dont le mode principal est de 10µm (Figure IV.6 cf. S8).
Par ailleurs, l’aire massique (obtenue par calcul à partir des mesures de granulométrie) a été calculée et comparée aux aires massiques des fractions granulométriques présentées dans le chapitre III (cf. tableau de la Figure IV.8). On note une aire massique de 1,6m2/g dans le surnageant, confirmant donc la présence importante de particules <20 µm (dont l’aire massique est de 2,3m2/g) avec quelques particules supracolloïdales de dimensions >20µm dont l’aire massique est de 0,2-0,3m2/g.
Fanny Coulon 151 2014 D’après ces premières observations, un schéma est proposé en bas de la Figure IV.6 pour représenter le comportement des particules supracolloïdales, dans le cas d’un échantillon sableux, qui adoptent un mode de sédimentation par agglomération (Φv=10% ; eau déminéralisée). En effet, les particules décantables sédimentent trop rapidement, laissant les fins supracolloïdes (particules unitaires ou agglomérées) et les colloïdes en suspension. Dans un souci de clarté, des schémas comparables seront, par la suite, systématiquement réalisés pour chaque sédiment étudié.
Figure IV.6 : Sédimentation par agglomération des particules supracolloïdales pour S6 et S8 (Φv=10% ; eau déminéralisée)
transmission montrent à la fois un mode de sédimentation par agglomération et un mode de sédimentation en masse. La sédimentation en masse est caractérisée par un front net entre le surnageant et le sédiment en formation et par son évolution progressive au cours du temps. Ce mode résulte de la sédimentation d’une suspension concentrée au point que chaque particule ou agglomérat soit proche ou en contact avec les entités adjacentes. D’après la littérature, les particules gardent les mêmes positions relatives, cependant, en se rapprochant du fond, elles seraient gênées dans leur mouvement et la vitesse de chute diminuerait [BLAZY et al., 1999].
La sédimentation en masse et celle par agglomération sont toutes deux parties prenantes du phénomène global de sédimentation, schématisé dans la Figure IV.7, par l’état de la suspension à l’instant initial t0 et à un instant t donné. Comme nous l’avons mentionné précédemment, il est probable que ce mode de sédimentation en masse existe aussi dans les sédiments sableux, mais il n’est pas identifiable car trop rapide.
Figure IV.7 : Sédimentation en masse et par agglomération pour SL26 (Φv=10% ; eau déminéralisée)
Fi IV.7 Sédi io gl ér io SL26 (Φ 10%
Fanny Coulon 153 2014 La présence simultanée d’un mode de sédimentation par agglomération indique toutefois que les fins supracolloïdes et colloïdes restent, comme pour les sédiments sableux, en suspension dans le surnageant qui se clarifie peu à peu. Cela semble indiquer que les particules sont globalement peu en interaction les unes par rapport aux autres et libres dans leur mouvement (de chute).
Figure IV.8 : Distributions granulométriques des surnageants à 5min (cycle 0) des sédiments S8 et SL26 et comparaison avec le sédiment brut et ses fractions granulométriques
D’après la Figure IV.8, le surnageant du sédiment SL26 (prélèvement effectué au-dessus du front à t=5min) est constitué de particules de dimension comparable à S8 (même mode principal à 10µm). De la même façon, l’aire massique de ce surnageant (1,7m2/g) correspond à l’aire massique de la fraction <20µm. Le schéma représentatif de ce comportement (sédimentation par agglomération et sédimentation en masse), proposé dans la Figure IV.7, montre que les particules décantables (>100µm) sédimentent plus ou moins rapidement, en même temps que les particules de plus petite taille (contrairement au cas précédent, les colloïdes et supracolloïdes peuvent être piégés par des phénomènes d’agglomération). Le surnageant est, dans ce cas, beaucoup plus clair avec, cependant, des fins colloïdes en suspension. Ceci peut être lié aux phénomènes d’agglomération identifiés dans le point III.1.5.2. Pour mémoire, les principaux agglomérats observés dans le sédiment SL26 peuvent être formés de particules submicroniques ou re IV.8 : Distributions granulométriques des surnageants à 5min (cycle 0) des sédiments S8
supracolloïdales agglomérées entre elles (agglomérat de type 2).
Les profils de transmission des sédiments SL44 et L84 ont été regroupés sur la Figure IV.9, car tous deux présentent le même comportement, une sédimentation en masse de toutes les particules. Les observations microscopiques avaient révélé un important comportement cohésif des particules (cf. III.1.4), les techniques physiques de dispersion (US) n’avaient pas eu autant d’impact sur la dispersion des particules que pour les sédiments S8 et SL26 (cf. III.1.5.2). Nous en avions déduit que les particules étaient soit agrégées soit fortement agglomérées (agglomérats de type 1 pour L84, de types 1 et 2 pour SL44). La sédimentation en masse observée ici est due aux fortes interactions interparticulaires, piégeant aussi les particules de dimension <20 µm dans le sédiment (Figure IV.9). On observe donc l’évolution d’un front de sédimentation particulièrement net, permettant la formation d’un surnageant très clair. L’analyse granulométrique du surnageant n’a de ce fait pas pu être réalisée, le surnageant étant trop peu concentré en matière solide.
Fanny Coulon 155 2014 Figure IV.9 : Sédimentation en masse pour SL44 et L84 (Φv=10% ; eau déminéralisée)
Au regard de ces premiers résultats, il est intéressant de noter que les sédiments présentent tous un comportement global à la sédimentation, qui se compose de deux phénomènes distincts : la sédimentation en masse et celle par agglomération. Ces deux modes de sédimentation dépendent de la distribution granulométrique, et notamment du rapport volumique entre la vase (ici principalement des limons) et le sable.
En effet, les sédiments sableux (S6 et S8) présentent probablement un mode de sédimentation en masse très rapide (<1 mim) concernant les particules décantables (qui constituent la majorité en fraction volumique) et un mode de sédimentation par agglomération pour les particules présentes
vaseux (SL44 et L84) sont caractérisés par une sédimentation en masse (évolution d’un front de sédimentation net avec entraînement de toutes les particules). Le sédiment SL26, composé d’une fraction vaseuse moins importante, présente quant à lui les deux modes de sédimentation. On peut donc conclure que plus la proportion en limon augmente, plus le mode de sédimentation en masse est prépondérant, on peut d’ailleurs dire qu’il est le mode principal à partir de 44%
volumique en limon (donc pour SL44 et L84). Ces comportements différenciés peuvent aussi très certainement être liés aux phénomènes d’agglomération qui augmentent avec la proportion de limon. Ce sont majoritairement des agglomérats de type 1 (particules submicroniques et microniques sur des supracolloïdes) pour L84 et de type 2 (particules microniques et supracolloïdales entre elles) pour les autres sédiments. Ils sont caractérisés par la présence de forces interparticulaires importantes, qui confèrent un caractère cohésif au sédiment en piégeant de plus en plus de particules.
Fanny Coulon 157 2014