Comment fonctionne le monde - La main à la pâte

2) Le transport des particules par les eaux de ruissellement et la sédimentation
L’eau circulant à la surface de la Terre représente moins de 1% de la totalité de l’eau terrestre. Néanmoins
c’est le principal agent (avec le vent) de transport sédimentaire. Le relief contrôle la circulation de l’eau, mais
en retour, l’écoulement peut transporter des sédiments et modifier le relief (on parle de problèmes couplés
pour décrire une telle situation).
Que peut-on observer ?
Parmi tous les effets de couplage, on retient la formation de méandres d’une rivière sur laquelle des
observations sont aisément faites à l’aide de cartes ou d’observations directes.
Que cherche-t-on à faire ?
Concevoir et faire fonctionner un modèle analogique conduisant à la formation de méandres sur un plan
incliné. On cherche à identifier les actions mises en jeu.
Quel matériel ?
Une planche rigide et rugueuse posée sur un plan incliné (une vingtaine de degrés) et sur laquelle on
dépose une couche mince uniforme de sable (quelques épaisseurs de grains).
Une plaque de verre lisse de la même taille.
Une alimentation en eau permettant de contrôler un faible débit continu sur la partie haute du plan.
Le tout doit être posé sur un évier, avec un récipient pour collecter le mélange grains-sable qui s’écoule en
bas de la planche.
Que peut-on observer ?
Regarder le transport sinueux de l’eau au fur et à mesure que l’eau s’écoule en commençant par un débit
continu le plus faible possible et en comparant avec le cas d’une plaque lisse et rugueuse. On peut obtenir des
méandres dans les deux situations. L’effet de l'érosion n’est visible naturellement que dans le premier cas.
Un ensemble de petits grains mis en suspension homogène dans un liquide moins dense (par exemple du
sable dans l’eau) sédimente. Si les grains sont tous identiques, ils chutent à la même vitesse de sédimentation
Vs. Cette vitesse est égale à celle d’une particule seule V0 tant que la concentration C de grains est assez faible
(moins de 5 %). Elle diminue au fur et à mesure que la concentration augmente par suite des effets
d’encombrement entre grains ainsi que de la nécessité pour du liquide pur de remonter pour laisser leur
place aux grains qui descendent.
La vitesse de sédimentation d’une suspension diluée dépend de la masse de la particule. Pour des particules
de même nature et le même liquide, elle augmente comme le carré de leur diamètre.
Remarque : On peut faire une analogie féconde en comparant les phénomènes de sédimentation et ceux du
trafic sur autoroute. Si la concentration, ou la densité de véhicules (le nombre de voitures qui passent en un
endroit donné par heure), est trop élevée, le flux de véhicules diminue au-dessus d’un seuil alors même que
leur densité augmente. C’est ce phénomène qui est à l’origine des bouchons d’autoroute.
La partie supérieure du liquide limpide surmonte la suspension homogène de la partie inférieure qui
devient de plus en plus concentrée au fur et à mesure que la sédimentation progresse. Dans le même temps
l’épaisseur de sédiment qui se forme au fond du récipient augmente au fur et à mesure que la sédimentation
progresse.
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