mesur´ees en laboratoire
3.1. Introduction
Les MES de rivi`eres ou de zones maritimes contiennent une large part de mati`eres coh´esives.
Le degr´e d’agr´egation des particules en suspension d´epend de l’origine des particules ainsi que des
conditions du milieu (voir chapitre 2). Un ´echantillon qui est pr´elev´e et transport´e au laboratoire
s´edimente dans les flacons d’´echantillonnage puisque la turbulence devient nulle. Lorsque le s´ediment
se d´epose, celui-ci peut se consolider s’il contient des mat´eriaux coh´esifs (voir chapitre 2). Ainsi
Phillips
&Walling [1995] ont montr´e que les propri´et´es des MES mesur´ees en laboratoire apr`es
resuspension des ´echantillons sont diff´erentes des propri´et´es mesur´ees sur le terrain.
Les exp´eriences en laboratoire permettent toutefois d’obtenir des conditions contrˆol´ees et d’explorer
ind´ependamment l’effet de diff´erents processus. Nous avons ainsi r´ealis´e de nombreuses exp´eriences
de laboratoire durant cette th`ese. Afin de r´ealiser des exp´eriences reproductibles, il est important de
quantifier l’effet du protocole de pr´eparation des ´echantillons.
3.2. M´ethode
Afin de quantifier l’effet du protocole de remise en suspension d’un s´ediment sur les vitesses de
chute mesur´ees, des exp´eriences de suspension ont ´et´e r´ealis´ees sur les s´ediments de la rivi`ere Ells et
du sol du Pradel (voir chapitre 5). Les r´esultats pour les fractions inf´erieures `a 63µm sont pr´esent´es
`
a la figure 7.8.
Le s´ediment est m´elang´e une heure `a l’agitateur magn´etique avant d’ˆetre introduit dans la colonne
du SCAF pour une premi`ere mesure (ini). Apr`es 24 heures de d´ecantation, le s´ediment est doucement
remis en suspension au sein de la colonne du SCAF en retournant le tube trois fois. Les vitesses de
chute sont alors caract´eris´ees par un second essai de s´edimentation (1j). Pour le s´ediment de la rivi`ere
Ells, une remise en suspension par agitation manuelle tr`es vigoureuse du tube du SCAF a ensuite ´et´e
r´ealis´ee. La mesure des vitesses de chute apr`es cette agitation est not´eeagitsur la figure 7.8. Apr`es 5
jours de d´ecantation, le s´ediment est doucement remis en suspension comme `a 1 jour et une derni`ere
mesure des vitesses de chute est r´ealis´ee (5 j).
3.3. R´esultats
3.3.1. S´ediments de la rivi`ere Ells
a)
Absorbance relative ( - ) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1 j 5 j ini agitb)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1Rivière Ells Sol du Pradel
Ws surf. Ws fond ini 1 j Ws (m.s − 1 ) 10−6 10−5 10−4 10−3 10−2 Absorbance relative ( - )
Figure 7.8 – (a) : Distributions des vitesses de chute mesur´ees pour un mˆeme ´echantillon de la rivi`ere Ells
soumis `a diff´erents protocoles de mise en suspension.ini : protocole par agitation magn´etique.
agit : agitation manuelle tr`es vigoureuse. 1j : remise en suspension douce apr`es un jour de d´ecantation. 5j : remise en suspension douce apr`es cinq jours de d´ecantation.
(b) : Distributions des vitesses de chute mesur´ees pour un mˆeme ´echantillon de sol du Pradel, soumis `a deux protocoles de remise en suspension (ini et 1j).
La figure 7.8a pr´esente les distributions de vitesses de chute ajust´ees proche de la surface et au
fond de la colonne de s´edimentation du SCAF pour le s´ediment de la rivi`ere Ells. Les param`etres
utilis´es lors des calculs sont ceux pr´esent´es au chapitre 5. Apr`es la premi`ere mise en suspension du
s´ediment de la rivi`ere Ells, l’absorbance initiale de la suspension est de 1,97. Apr`es la resuspension
douce `a 1 jour, l’absorbance du mˆeme ´echantillon n’est plus que de 1,73. Cette valeur reste stable
pour les resuspensions suivantes (entre 1,73 et 1,76). Lors du premier d´epˆot, l’absorbance sp´ecifique
diminue donc de 10 %.
Les distributions de vitesses de chute pour l’´echantillon de la rivi`ere Ells sont tr`es variables en
fonction du protocole de remise en suspension (figure 7.8). Suite au protocole de mise en suspension
initial, les vitesses de chute ajust´ees en surface et au fond de la colonne sont assez proches. Toutefois, la
dur´ee des mesures du SCAF durant cet essai de s´edimentation n’est que de 2 heures et l’absorbance de
la suspension est alors encore ´egale `a la moiti´e de sa valeur initiale. Ainsi seules les vitesses de chute
correspondant `a des absorbances relatives sup´erieures `a 0,5 sont mesur´ees. Les particules chutant
le plus rapidement dans cet ´echantillon ont une vitesse de 2.10
−3m.s
−1, ce qui correspond `a des
particules d’un diam`etre de Stokes de 50µm (pour une densit´e de 2650kg.m
−3). Il s’agit donc de
grains min´eraux fins pass´es au travers du tamis de 63 µm. Pour une absorbance relative de 0,5 la
vitesse de chute est de 4.10
−6m.s
−1. La dur´ee de l’enregistrement ne permet pas de mesurer les
vitesses de chute plus faibles.
La remise en suspension douce apr`es 1 jour de d´ecantation conduit `a des vitesses de chute plus
faibles. La vitesse de chute des particules les plus rapides n’est pas modifi´ee, par contre la diminution
de la vitesse de chute avec l’absorbance est beaucoup plus faible. Pour une absorbance relative de
0.5, la vitesse de chute est de 2.10
−5m.s
−1, soit pr`es d’un ordre de grandeur de plus que lors de la
premi`ere mesure. L’´ecart entre vitesse de surface et de fond est ´egalement plus important que lors de
la premi`ere s´edimentation. Ceci montre que le s´ediment flocule davantage durant la s´edimentation.
L’agitation vigoureuse du s´ediment conduit `a une distribution de vitesses de chute proche de celles
de la premi`ere mesure. La vitesse estim´ee proche de la surface de la colonne est similaire `a celle
mesur´ee lors de la premi`ere s´edimentation (moins de 20% d’´ecart). Le s´ediment garde tout de mˆeme
une tendance `a floculer l´eg`erement plus importante que lors de la premi`ere mesure avec une vitesse
de fond environ deux fois plus importante.
Apr`es 5 jours de d´ecantation, la distribution de vitesses de chute du s´ediment est totalement
modifi´ee. La vitesse de chute des particules les plus rapides n’est pas modifi´ee, mais la diminution
des vitesses avec l’absorbance est encore r´eduite. Pour une absorbance relative de 0,5, la vitesse de
surface est de 1,5.10
−4m.s
−1soit un ordre de grandeur de plus qu’apr`es un jour de d´ecantation et
deux de plus que lors de la premi`ere s´edimentation ou de l’agitation vigoureuse. La vitesse de chute
augmente encore davantage avec la floculation durant la s´edimentation, ainsi, une vitesse de chute
2.10
−5m.s
−1est mesur´ee `a la base du tube pour une absorbance relative de 0,5.
3.3.2. Sol du Pradel
Pour ce mat´eriau, l’absorbance en d´ebut d’essais de s´edimentation reste stable, avec une valeur de
1,23 apr`es la premi`ere mise en suspension et de 1,25 apr`es resuspension douce.
La figure 7.8b pr´esente les distributions de vitesse de chute lors de la mise en suspension par
agitation magn´etique et apr`es resuspension douce. L’´ecart entre ces distributions est significativement
plus faible que pour l’´echantillon de la rivi`ere Ells. Les distributions de vitesses mesur´ees en surface
sont tr`es proches pour les deux modes de mise en suspension. Lors de la premi`ere mesure les vitesses
sont comprises entre 2.10
−3et 1.10
−5m.s
−1. Les vitesses de chute apr`es remise en suspension douce
sont identiques pour les absorbances relatives sup´erieures `a 0,4 et moins de 0,5 fois plus grandes pour
les absorbances plus faibles. Malgr´e cette faible sensibilit´e au protocole de remise en suspension, les
particules floculent durant leur s´edimentation. Pour les absorbances inf´erieures `a 0,8, les vitesses de
chute mesur´ees au fond apr`es floculation sont en effet largement sup´erieures `a celles mesur´ees en
surface. Les vitesses de chute mesur´ees au fond sont alors comprises entre 4.10
−3et 9.10
−3m.s
−1jusqu’`a une absorbance de 0,1. La vitesse au fond apr`es remise en suspension douce est moins de deux
fois sup´erieure `a celle mesur´ee lors de la premi`ere d´ecantation. Cette diff´erence est peu significative
et est largement inf´erieure au facteur 10 observ´e pour le s´ediment de la rivi`ere Ells.
3.4. Conclusion
La sensibilit´e `a la consolidation des s´ediments coh´esifs est tr`es variable. Ainsi pour le s´ediment de
la rivi`ere Ells, les vitesses de chute varient de deux ordres de grandeur en fonction du temps de repos
et du protocole de resuspension.
Soumis `a des exp´eriences similaires, des agr´egats de sol (sol brun du Pradel) ont pr´esent´e des
vitesses de chute ne variant que d’un facteur 2. Ce second mat´eriel est pourtant clairement coh´esif
puisque les vitesses de chute mesur´ees au fond sont plus d’un ordre de grandeur sup´erieures `a celles
de surface.
Les r´esultats obtenus pour le s´ediment de rivi`ere viennent confirmer que les m´ecanismes de
conso-lidation du lit peuvent avoir une influence majeure sur les vitesses de chute des s´ediments coh´esifs.
Ainsi, lors d’exp´eriences de laboratoire utilisant des s´ediments coh´esifs, il est extrˆemement important
de bien contrˆoler les conditions et le temps de coh´esion des s´ediments ainsi que le protocole de remise
en suspension.
Ces exp´eriences confirment ´egalement que pour mesurer les vitesses de chute des particules fines en
rivi`ere, il est n´ecessaire de r´ealiser les mesures sur le site de pr´el`evement. En effet stocker l’´echantillon
durant un transport vers le laboratoire entraˆıne la s´edimentation d’une partie des MES, qui doivent
ˆetre remises en suspension avant d’en mesurer les vitesses de chute. Les r´esultats d´ependent alors du
protocole de remise en suspension et ne sont pas n´ecessairement repr´esentatifs de l’´echantillon initial
si celui-ci contient une partie importante de mati`eres coh´esives.
Dans le document
Développement d'un système de caractérisation des agrégats et des flocs en suspension
(Page 168-171)