E8 Transport de sédiments

Topique

Le transport sédimentaire est le déplacement de particules solides (sable, gravier, limon et argile) sous l'action de l'eau ou du vent. C'est précisément ce processus qui façonne la majeure partie du relief terrestre, à l'échelle humaine comme à l'échelle géologique.

Dans les rivières, les sédiments se déplacent de deux manières distinctes : par charriage de fond, constitué de particules qui roulent ou rebondissent sur le lit de la rivière, et par transport en suspension, constitué de particules maintenues en suspension dans l'eau par la turbulence du courant. Dans les deux cas, le mouvement des sédiments ne commence que lorsque la contrainte de cisaillement exercée par le courant sur le lit dépasse une contrainte critique, appelée contrainte critique de Shields, qui dépend à la fois de la taille et de la densité des grains constituant le lit.

Le critère de Shields stipule précisément que ce mouvement commence lorsqu'un nombre sans dimension, spécifique à chaque grain, dépasse une valeur critique de quarante-sept millièmes seulement, pour des grains non cohésifs immergés dans l'eau.

Le transport de fond obéit à des relations empiriques, telles que celles de Meyer-Peter et Müller, selon lesquelles l'écoulement sédimentaire le long du fond est proportionnel à la contrainte de cisaillement excédentaire qui dépasse la contrainte critique de Shields décrite précédemment.

La charge en suspension, quant à elle, suit le profil de Rouse : sa concentration diminue avec l'altitude selon une loi de puissance, et c'est précisément le nombre de Rouse – le rapport entre la vitesse de sédimentation du grain et le produit de la constante de von Kármán et de la vitesse de frottement de l'écoulement – ​​qui détermine la rapidité de cette diminution.

Le transport éolien du sable est, à bien des égards, analogue à ce transport fluvial : la saltation en est le mécanisme dominant, les grains étant projetés en l'air par l'impact d'autres grains et décrivant des trajectoires balistiques avant de retomber au sol. Le seuil de mobilisation dans le sable sec, du même type que celui décrit dans l'étude de l'érosion éolienne, est atteint pour des vents de cinq à six mètres par seconde mesurés à un mètre du sol. Les dunes sont la structure de dépôt que forme finalement ce sable mobilisé, sur des échelles allant d'un mètre à mille mètres de longueur. La capacité de transport de l'ensemble du système varie du cube à la puissance quatre de la vitesse de frottement de l'écoulement, ce qui signifie que ce sont précisément les événements extrêmes les plus énergétiques, bien que peu fréquents, qui dominent à long terme le bilan sédimentaire de toute rivière ou de tout champ de dunes. Ainsi, des particules solides qui ouvrent ce document aux événements extrêmes qui le concluent, en passant par la contrainte critique de Shields, le profil de Rouse et le seuil de mobilisation éolienne, le transport sédimentaire fait que le paysage que nous observons aujourd'hui est, en substance, l'empreinte accumulée d'innombrables grains qui, un jour, ont dépassé leur propre seuil de déplacement.

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