Thixotropie

Attention sables mouvants

 

DEFINITION DES THIXOTROPIQUES :

Dans la classification de Boucart, les boues et les vases sont des poudres dont les particules mesurent entre 1 et 20 micromètres. Ces sédiments sont visqueux et homogènes. Ils sont situés au fond des lacs, des étangs, des canaux des rivières et dans des grandes étendues du plateau continental. Ce sont des ensembles argileux le plus souvent composés de:

  • une phase minérale inerte (poudres et sables quartzeux ou argileux)
  • une phase active surtout constituée de matière organique.

Ces boues renferment beaucoup d'eau. Ce sont des corps plastiques dont la rigidité dépend de la teneur en eau du milieu où ils se trouvent. Leur comportement de solide peut dépasser la limite de liquidité (limite d'Attemberg) mais à la moindre agitation mécanique, la masse solide deviendra immédiatement fluide : c'est la thixotropie. Les rivages bretons et normands sont intermédiaires entre sable, calcaire et vases. Ce sont surtout des sables et des poudres liés par des colloïdes organiques (mélange d'un liquide et d'une suspension de particules solides de si petites tailles qu'elles se répartissent de façon homogène)

Pour le sable sec ou le sable qui n'est pas trop humide, les forces de frottement entre les particules de sable sont assez grandes pour rendre le sable « solide ». Une petite quantité d'eau va renforcer la structure du sable car une force capillaire maintient les grains ensembles. Toutefois, si trop d'eau est mélangée avec le sable, les grains sont séparés par les molécules d'eau. Le principe des sables mouvants est d'avoir du sable saturé d'eau donc le mélange est en suspension. Lorsque ce mélange est soumis à un flux vers le haut, il se forme un mouvement qui rend les sables mouvants. La pression entre les grains de sable diminue, ce qui entraîne une baisse des forces de frottement entre eux . Une sorte de coussin tient les grains de sable et ils n'ont plus la capacité à soutenir une masse située à la surface.

Bien qu'au début les scientifiques croyaient que les sables mouvants étaient des sols spéciaux, on sait maintenant que ce sont des sables ordinaires qui sont soutenus par une pression hydrostatique provenant du bas, comme une source souterraine. Les particules des sables mouvants n'ont pas nécessairement une forme ronde, telle de minuscules billes d'acier, comme le pensaient auparavant les scientifiques.

La principale caractéristique qui distingue les sables mouvants des sables normaux, c'est la pression de l'eau sous le sable qui est égale ou légèrement plus grande que le poids des particules de sable. Lorsque la pression de l'eau est assez élevée, les grains de sable ont peu ou pas de friction entre eux. L'eau qui coule entre les grains est en fait une sorte de lubrifiant. Ils ne sont plus aptes à supporter une charge. C'est l'écoulement de l'eau à travers le sable qui forme les sables mouvants.

Deux autres caractéristiques des sables mouvants, qui découlent de la quantité relativement importante de l'eau, sont sa haute densité et sa capacité à former un vide partiel. Un organisme aura tendance à flotter dans des sables mouvants car il a une densité de 1,156 de moyenne, ce qui est plus dense que l'eau qui a une densité de 1,00. Toutefois, étant donné que la plupart des gens et des animaux sont aptes à la panique, ils remuent et s'enfoncent plus profondément dans les sables mouvants.

Les sols qui sont les plus sensibles à la formation de sables mouvants sont le long des rivières, des ruisseaux, des lacs et des rives. Ils peuvent aussi se former dans les zones où le sol est meuble.

Les sables mouvants sont donc formés par des sources souterraines à travers un lit de sable ordinaire.

Eau profonde et sables mouvants. Ne pas se baigner

 

Quatre phénomènes différents permettent d’obtenir des sables mouvants :

-Dans les déserts, le sable a parfois une structure aérée où grâce au vent, les grains forment des voûtes qui peuvent, sous une pression suffisante, s’effondrer. Le sable reprend alors brutalement une structure compacte, ce qui provoque l’affaissement du sol.  

 -Lors de séismes ou d’autres phénomènes entraînant des vibrations dans un sol saturé d’eau, l’onde de pression chasse localement le liquide présent dans les interstices du sable, ce qui va désorganiser alentour l’édifice. C’est le processus dit de “liquéfaction des sols”.  

-Certains sols de nature argileuse ou vaseuse peuvent avoir un comportement thixotrope : à la moindre agitation mécanique, c'est à dire un mouvement, la masse solide devient liquide. Parmi de tels sols, citons la Baie du Mont-St-Michel que nous reverrons plus loin sur le site (lien ici).

-Une circulation d’eau au sein d’un édifice granulaire, en écartant les grains, peut le fluidifier. Nous pouvons cependant noter qu’à l’inverse, si la quantité d’eau n’est pas suffisante, la structure est renforcée grâce à la force de capillarité qui rassemble les grains.

 

 


L'origine physico-chimique:

Un solide thixotrope est le plus souvent constitué de macromolécules qui sont des dipôles électriques. L'argile, qui est présente dans la baie du Mont Saint Michel en est un très bon exemple. En effet, c'est un assemblage macromoléculaire linéaire de motifs silicates : c'est-à-dire des motifs élémentaires tétraédriques (SiO4) comportant un atome de silicium au centre et des atomes d'oxygène aux quatre sommets. Ils sont très avides d'eau, elle aussi un petit dipôle électrique. Au repos l'ensemble silicate-eau adopte une structure ordonnée, à cause de l'interaction électrostatique qui agit entre les dipôles; sa consistance est alors ferme. Lorsqu'on l'agite, ou que l'on y met un objet, on détruit ces interactions et la structure ordonnée, qui devient complètement anarchique: la consistance devient liquide. Au bout de quelque temps, la structure ordonnée se remet en place et la fermeté initiale est reconstituée.

 

 

 

 

 

 

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