Influence de la force ionique

Afin d’évaluer l’influence de la force ionique du milieu, des suspensions du sédiment SL26 aux quatre fractions volumiques étudiées précédemment dans l’eau déminéralisée (σionED=5µS.cm

-1_),

ont été réalisées également dans de l’eau de mer prélevée en Méditerranée à proximité de Port- Camargue (σionEM=39mS.cm

-1_{). Les profils obtenus sont présentés sur la même figure que ceux}

obtenus dans l’eau déminéralisée dans la Figure IV.18. La force ionique n’a pas d’influence sur le mode de sédimentation. On observe les mêmes modes de sédimentation quelle que soit l’eau utilisée comme liquide porteur.

Fanny Coulon 171 2014

Figure IV.18 : Influence de la force ionique du milieu sur l’évolution des profils de transmission et rétrodiffusion au cours du temps

Le Tableau IV.6 indique plus précisément les valeurs des paramètres relatifs aux sédiments et aux surnageants. A l’exception de la fraction volumique 1%, l’utilisation de l’eau de mer comme

cinétique de clarification.

Tableau IV.6 : Impact de la force ionique sur les paramètres liés à la clarification du surnageant et à la sédimentation des particules

En effet, l’eau de mer a une conductivité ionique plus importante, la double couche ionique est donc comprimée et l’agglomération favorisée (cf. I.2.2.4) ; les agglomérats sédimentent plus rapidement, expliquant une clarification plus importante du surnageant. Par ailleurs, la stabilité du signal en rétrodiffusion montre, là encore, que la structure du sédiment n’est pas affectée par le changement de milieu. SL26 Surnageant (%Teau déminéralisée=88%) (%Teau de mer=86%) Sédiment σ_{ion (mS)} σ_ionED=5µS σ_{ionEM=39mS %T} (30min)

vclar sur 15min (%/min) %RD (t0) Hséd à 30min (mm) Φv 1% ED 1,5 53 2 20 5 Φv 1% EM 51,2 43 1,4 21 5 Φv 2% ED 2,1 29 1 18 6 Φv 2% EM 52,0 43 1,5 24 7 Φv 10% ED 9,7 55 5 20 25 Φv 10% EM 49,8 65 8,5 24 26 Φv 15% ED 10,7 53 5 22 22 Φv 15% EM 50,1 72 11,4 22 27

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Conclusion

La problématique de ces travaux était d’appréhender le comportement à la re-sédimentation des sédiments portuaires aussi bien à l’échelle macroscopique que mésoscopique (celle des agglomérats). La stratégie mise en œuvre pour résoudre cette problématique a reposé sur l’étude de la stabilité physico-chimique des particules dans la colonne de sédimentation et de l’impact de la remise en suspension des particules.

Les premières analyses ont permis de définir les modes de sédimentation des sédiments étudiés. Parmi les cinq sédiments, deux modes de sédimentation ont été observés (seuls ou simultanément) : la sédimentation en masse, caractérisée par l’entraînement des particules les unes par rapport aux autres (évolution d’un front net de sédimentation) piégeant même les plus fines (<20µm), et la sédimentation par agglomération, caractérisée par une clarification progressive du surnageant composé de colloïdes et fins supracolloïdes (<80µm). Nous avons constaté que le mode de sédimentation dépend du rapport vase/sable : plus ce rapport augmente (fraction vaseuse devenant prédominante) plus la sédimentation en masse devient prépondérante. Mais nous avons également vu, dans un deuxième temps, que la fraction volumique en solide pouvait avoir un impact sur le mode de sédimentation. Aussi, quelle que soit la composition en vase du sédiment, pour des fractions volumiques en dessous de 10% le mode de sédimentation par agglomération redevient prépondérant.

La colonne de sédimentation peut être le lieu de phénomènes interparticulaires tels que l’agglomération et la dispersion des particules. Nous avons pu mettre en évidence un lien entre les modes de sédimentation, la distribution granulométrique du sédiment et les phénomènes d’agglomération/dispersion, relatifs à l’existence d’interactions interparticulaires plus ou moins importantes.

Les résultats ont montré que, dans le cas des sédiments sableux (sédimentation par agglomération), le haut du sédiment en formation était caractérisé par un phénomène d’agglomération naissant (variation du %RD). De plus, les distributions granulométriques des surnageants ont révélé la présence de particules microniques et supracolloïdales, responsables de la formation d’agglomérats de type 1 et 2 (cf. III.1.5). Dans ce cas, il a également été constaté que la diminution de la fraction volumique ne favorisait pas les phénomènes d’agglomération, du fait d’une proximité des particules moins importante (moins d’interactions interparticulaires).

en masse engendre une sédimentation rapide, piégeant toutes les particules. Le surnageant montre tout de même une cinétique de clarification élevée, traduisant des phénomènes d’agglomération entre les particules restantes en suspension. De la même façon, lorsque la fraction volumique en solide diminue, les particules adoptent un comportement individuel, les plus fines ne sont donc plus piégées par les phénomènes d’agglomération.

Dans ces deux cas (sédiments sableux et vaseux), la force ionique du milieu a justement un impact sur le phénomène d’agglomération. Il est bien connu que, pour une force ionique élevée, la double couche ionique des particules est comprimée (cf. I.4.1.2.b) et l’agglomération est favorisée. Aussi, l’utilisation de l’eau de mer comme liquide porteur (par rapport à l’eau déminéralisée) entraîne une diminution de la turbidité du surnageant.

Dans un troisième temps, l’étude de l’impact de la remise en suspension des sédiments sur les cinétiques de clarification et de sédimentation a mis en évidence (quel que soit le sédiment considéré) deux comportements : un comportement dynamique rapide, où les particules sédimentent plus ou moins rapidement, suivi d’un palier traduisant la clarification progressive du surnageant. La remise en suspension des particules n’a que peu d’impact sur ces comportements. En effet, le protocole expérimental mis en place ne remet que peu de particules en suspension, les surnageants se clarifient donc progressivement d’un cycle à l’autre (la turbidité dépendant du sédiment). Cela entraîne globalement une diminution de la cinétique de sédimentation pour les sédiments présentant un mode de sédimentation par agglomération (diminution de la distribution granulométrique des particules composant le surnageant), mais une augmentation de cette cinétique pour les sédiments vaseux (dont le caractère cohésif avait été observé dans le chapitre III ; les particules n’étant plus entraînées/piégées comme dans le premier cycle de remise en suspension, les phénomènes d’agglomération sont donc favorisés). Par ailleurs, la structure (en termes de dimension et de fraction volumique en solide) du sédiment formé reste inchangé quelles que soient l’intensité de remise en suspension (de surface ou en profondeur), mais aussi la force ionique ou même la fraction volumique.

Fanny Coulon 175 2014

Figure IV.19 : Représentation schématique du comportement à la re-sédimentation de sédiments sableux et vaseux

sédiments portuaires et la stabilité physico-chimique des particules en fonction de la fraction volumique en solide et de la force ionique du milieu.

Cette étude, aux échelles macroscopique et mésoscopique, contribue à mieux comprendre le comportement à la re-sédimentation des sédiments marins dans le cadre de dragages portuaires. Par ailleurs, l’utilisation du Turbiscan MA2000 et la démarche mise en place se sont montrées tout à fait pertinentes pour appréhender les problématiques de (re-)sédimentation et de stabilité physico-chimique (agglomération/dispersion) des sédiments.

Fanny Coulon 177 2014

Références

Blazy P., Jdid E-A., Bersillon J-L. (1999) «Décantation. Aspects théoriques» Techniques de l’ingénieur, traité Génie des procédés. 1-10.

Fanny Coulon 179 2014