Sédimentation du matériau

La décantation est une opération de sédimentation des particules solides dans un liquide obéissant à loi de Stockes sous l’action de la pesanteur. Les facteurs principaux qui réagissent sur la séparation solide-liquide sont : la taille des particules solides et leurs distributions, la concentration en solides, la différence de densité entre solide-liquide et la viscosité du liquide (Svarovsky, 1977). L’objectif général de la décantation est de mener une séparation solide- liquide qui donne une phase liquide sans particules colloïdales, et un solide plus dense avec

une teneur en solide plus élevée. La sédimentation d’une suspension est représentée par la variation temporelle de la hauteur de l’interface (h) qui sépare la phase solide-liquide. La courbe h=f(t) présente quatre domaines (Voir la figure 3.1).

Figure 3.1 : Courbe générale de sédimentation.

Le Domaine I : correspond à la durée initiale de la floculation et souvent inexistant si la floculation est rapide ;

Le Domaine II : illustre la phase où les flocs commencent le rassemblement en flocons. La vitesse de la décantation est constante. Elle s’écrit sous la forme :

E 

F'_BF'B

 G1

Le Domaine III représente une perturbation des flocs-particules qui apparaissent à partir du point b. Il s’agit d’une diminution progressive de la vitesse qui signifie une augmentation de la concentration en surface en cours du temps.

Le Domaine IV est appelé zone de compression. Le point C est le début de la consolidation et d’apparition des contraintes effectives.

Séparation des phases solides –liquides des sédiments

3.1.2 Etude expérimentale sur les sédiments fluviaux: méthode de Kynch

La méthode de Kynch permet d’étudier l’évolution temporelle de la sédimentation de suspension. Ainsi, nous pouvons déterminer la vitesse de sédimentation et la concentration en surface en chaque instant. Cette théorie est basée sur une méthode graphique permettant de déterminer de la concentration en surface et la vitesse de la sédimentation. La pente des tangentes à la courbe représente la vitesse de la sédimentation, tandis que leurs intersections avec l’axe des ordonnées permettent de déduire la concentration locale en solide. La concentration à l’interface solide-liquide et la vitesse de la sédimentation au point (a) s’expriment ainsi :

C4 

J

-1 E4 

I'

B'B

Hi : Hauteur initiale de la suspension.

3.1.3 Sédimentation libre des sédiments fluviaux

Les essais de décantation en colonne ont été effectués sur les sédiments de l’Angleterre et de la Belgique. Cet essai consiste à la mise en œuvre du sédiment à concentration Ci dans un tube transparent d’une hauteur de 50 cm et d’un diamètre de 9 cm (Figure 3.2). Les suivis des décantations ont été réalisés sur deux concentrations différentes, une concentration à 300 g/l et une concentration initiale (lors de la sortie du drague). Les choix de ces concentrations servent à comparer la vitesse de sédimentation libre entre les deux sédiments et évaluer l’effet de la concentration sur cette vitesse. Les concentrations initiales retenues et les hauteurs initiales sont présentées dans le tableau 3.1.

Sédiments fluviaux SF –Angleterre SF-Belgique

Concentration (g/l) 300 590 300 1015

Hauteur initiale (mm) 400 300 400 300

Figure 3.2 : Colonnes des sédimentations des sédiments de la Belgique (a) et de l’Angleterre (

Figure 3.3 : Tassement des sédiments étudiés

Les courbes de tassement des sédiments étudiés, des différentes concentrations, relatives à une période de 24h sont présentées dans la

l’annexe 3) et leurs vitesses de sédimentation libre sont présentées dans le -250 -200 -150 -100 -50 0 0 200 400 SF-Angleterre SF-Belgique

Colonnes des sédimentations des sédiments de la Belgique (a) et de l’Angleterre ( la concentration est à 300 g/l.

Tassement des sédiments étudiés à différentes concentrations au bout de 24h

Les courbes de tassement des sédiments étudiés, des différentes concentrations, relatives à une période de 24h sont présentées dans la Figure 3.3 (période de 3 jours présentées dans

et leurs vitesses de sédimentation libre sont présentées dans le Tableau

400 600 800 1000 1200

Temps (min)

Angleterre-Cs=590 g/l SF-Angleterre-

Belgique-Cs=1015 g/l SF-Belgique-Cs=300 g/l

Colonnes des sédimentations des sédiments de la Belgique (a) et de l’Angleterre (b) dont

au bout de 24h.

Les courbes de tassement des sédiments étudiés, des différentes concentrations, relatives à (période de 3 jours présentées dans

Tableau 3.2. 1400 1600

-Cs=300 g/l Cs=300 g/l

Séparation des phases solides –liquides des sédiments

Nous remarquons que l’évolution du tassement des sédiments de la Belgique est plus rapide que ceux de l’Angleterre. La vitesse de tassement a diminué avec l’augmentation de la concentration des sédiments. Nous pouvons conclure que les sédiments de l’Angleterre sont plus fins que les sédiments de la Belgique. Ces résultats sont confirmés par les résultats d’analyses granulométriques. Les vitesses de sédimentation libre des sédiments étudiés sont présentées dans le tableau 3.2.

Sédiments fluviaux SF-Angleterre SF-Belgique

Concentration (g/l) 300 590 300 1015

Temps (min) 60 180 30 90

Vitesse libre (mm/min) 3 0,70 5,80 1,25

Tableau 3.2 : Caractérisation de sédimentation libre des sédiments pour des concentrations à 300 g/l et lors de la sortie de drague.

A la fin de chaque essai de sédimentation, nous avons déterminé les concentrations finales en utilisant les mesures des teneurs en eau et nous les avons comparés avec les concentrations calculées à partir de la méthode de Kynch. Pour cela, nous avons siphonné l’eau surnagée de chaque tube et nous avons prélevé les sédiments à l’aide d’une spatule afin de mesurer les teneurs en eau et déduire la concentration à partir de la relation Cs= f (W(%) (Eq 2.2). Les résultats sont présentés dans le Tableau 3.3 et montrent une bonne concordance entre les concentrations obtenues à partir de la mesure de la teneur en eau et celles calculées à partir de la méthode de Kynch.

Sédimentsfluviaux Teneur en eau au bout de 3jours (%)

Concentration calculée à partir de W mesuré (g/l)

Concentration calculée par la méthode de Kynch (g/l)

SF-Angleterre – 590 g/l 58% 1011 985

SF-Angleterre – 300 g/l 120% 621 631

SF-Belgique - 1015 g/l 24% 1593 1645

SF-Belgique - 300 g/l 118% 638 648

Tableau 3.3 : Comparaison entre les concentrations mesurées et calculées.

3.2

Etude de la floculation des sédiments