Etude rhéométrique pour la mise au point de sédiments cohésifs modèles transparents pour une approche locale du comportement en érosion

Résumé

Dans cette contribution, on a recourt à des essais rhéométriques pour caractériser le comportement d’un sédiment cohésif naturel dont une partie est traitée par rayonnement ionisant gamma. On montre que ce traitement conduit à une réduction importante du niveau de résistance du sédiment. Le suivi spécifique des dynamiques d’évolution de la structure du sédiment permet d’établir des relations d’échelle. Le vieillissement au repos met en évidence une loi d’évolution en puissance du temps. L’observation de la transition solide/liquide (processus similaire à l’érosion du fond sédimentaire) permet d’obtenir une relation exponentielle du temps de transition en fonction de l’inverse de la contrainte appliquée. Le fait le plus remarquable est que les dynamiques ne semblent pas affectées par le traitement par irradiation gamma. Pour mieux comprendre les phénomènes mis en jeu dans le processus d’érosion, il est proposé de suivre localement ces dynamiques à l’aide des techniques PTV et LIF. Dans cette optique, il faut disposer de fluides modèles transparents simulant les propriétés rhéologiques des sédiments naturels et notamment les dynamiques particulières présentées précédemment. Deux fluides modèles à seuil (gels) utilisant le carbopol et la laponite sont ainsi mis au point, et on montre la similitude des propriétés.

Translated version: Rheometric study for elaborating transparent model of cohesive sediments for local investigations of erosion behaviour

In this paper, the behaviour of cohesive sediments is studied using rheometric experiments. Results have shown that the treatment of natural sediments using gamma irradiation leads to an important reduction of their original mechanical strengths. The dynamics of evolution of sediment structure during ageing gives rise to a characteristic time written as a power law of the rest period. The observation of the solid/liquid transition (similar process to the erosion of sedimentary bed) allows us to obtain an exponential law of the inverse of applied shear stress. It is very unlikely that these dynamics are affected by gamma irradiation treatment. For better understanding of the phenomena regarding the erosion process, it is suggested to study these dynamics locally by using PTV and LIF techniques. These optical techniques require the use of transparent model materials having very similar rheological properties to those of natural sediments. Two yield stress fluids (gels) that have been specifically prepared using carbopol and laponite are proposed within this framework.

Keywords: Solid/liquid transition; Erosion; Thixotropy; Yield stress; Cohesive sediments; Model fluids.