Généralités sur les sédiments

 

Introduction

La carte ci-dessous donne les quantités approximatives de sédiments apportés à la mer par unité de surface continentale.

On peut constater que souvent les grandes quantités de sédiments apportés s'expliquent par la présence de grands fleuves. Néanmoins, ce ne sont pas les seuls facteurs : le Mississipi et le Nil, malgré leur taille, n'apportent pas de sédiments à la mer, car les sédiments qu'ils charrient sont stoppés par les barrages situés sur ces fleuves. 

 

I - Classification des sédiments :

1. Provenance et composition

Les sédiments marins ont des provenances différentes : le sable de mer provient de l'érosion des roches continentales par les fleuves et les glaciers, les galets et les boues viennent de l'érosion des côtes et la destruction des bancs de coquillages est responsable des fractions coquillées des sables. Ainsi, le sable de mer est composé de silice et de minéraux lourds, ainsi que de fragments coquillés calcaires. 

 

2. Taille des sédiments

On classe généralement les sédiments en fonction de leur taille. Ainsi on a:

taille (mm)       <5.10-4  0.5.10-3 à 2.10-3 2.10-3 à 62,5.10-3 0.0625 à 2 2à 26 26 à 500
type de sédiment matériau dissous argile limon sables gravillons galets

Le tracé de courbes granulométriques et de courbes de fréquences granulométriques permet ainsi de déterminer  un certain type de matériau.

 

3. Cohésion des sédiments

Une distinction importante est celle qui existe entre matériaux cohésifs et non-cohésifs. La cohésion des matériaux  est liée à la présence de minéraux argileux. Une faible quantité d'argile - 5 à 10% en masse - suffit à donner de la cohésion à un matériau. Les grains de matériaux cohésifs tendent à former des agrégats, du fait de l'attraction électrostatique et de la tension superficielle de l'eau. Ces forces sont très importantes et impliqueront un mouvement tout à fait différent sous l'effet des vagues et des courants, selon que le matériau est cohésif ou non. En effet les grains des matériaux non cohésifs peuvent, eux, se déplacer indépendamment. C'est le cas des sables contenant du quartz et des carbonates. 

 

 

II - Déposition des sédiments

1. Sédiments non cohésifs

Les grains de sédiments dans un écoulement sont soumis à leur poids :

ainsi qu'à la force de traînée

Ainsi la particule chute avec une vitesse croissante jusqu'à ce que ces deux forces se compensent : la particule atteint alors sa vitesse de chute ("settling velocity") W.

Le nombre de Reynolds de l'écoulement est alors 

La vitesse de chute de la particule est fonction du nombre de Reynolds

Pour des nombres de Reynolds intermédiaires, il existe plusieurs corrélations. Mais la forme des grains joue également un grand rôle, et des formules différentes existent selon la forme des grains.

 

2. Sédiments cohésifs

Dans ce cas les mêmes forces s'appliquent, mais elles ne s'appliquent pas aux particules séparées. En effet, en milieu aqueux contenant des sels dissous, ces particules se rassemblent en flocons de 0.5 à 1.5 mm, de vitesses de chute 10 à 100 000 fois plus grande que celle des particules individuelles. Ce phénomène porte le nom de floculation, et il est d'autant plus important que la concentration en particules, la salinité et la température sont élevées. Mais lorsque la concentration devient trop forte, les grains se gênent dans leur chute et la vitesse de chute diminue. Il existe des formules empiriques pour déterminer ces vitesses.

Ces vitesses de chute sont également plus élevées en écoulement turbulent qu'en eau calme.

III - Tassement des sédiments

Une fois déposés, les sédiments subissent un tassement, i.e. ils perdent leur eau interstitielle ainsi que celle liée par les forces électrostatiques. Ce tassement se fait en plusieurs phases : il y a d'abord une suspension floculée très mobile (c>100g/l), puis perte de l'eau interstitielle (c>200g/l), enfin a lieu un réarrangement des particules avec évacuation difficile de l'eau. Le tassement est un phénomène lent (plusieurs mois pour que la concentration soit doublée°, et fonction de la concentration de l'eau.