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

Abstract

Dans cette contribution, on a recourt a des essais rheometriques pour caracteriser le comportement d’un sediment cohesif naturel dont une partie est traitee par rayonnement ionisant gamma. On montre que ce traitement conduit a une reduction importante du niveau de resistance du sediment. Le suivi specifique des dynamiques d’evolution de la structure du sediment permet d’etablir des relations d’echelle. Le vieillissement au repos met en evidence une loi d’evolution en puissance du temps. L’observation de la transition solide/liquide (processus similaire a l’erosion du fond sedimentaire) permet d’obtenir une relation exponentielle du temps de transition en fonction de l’inverse de la contrainte appliquee. Le fait le plus remarquable est que les dynamiques ne semblent pas affectees par le traitement par irradiation gamma. Pour mieux comprendre les phenomenes mis en jeu dans le processus d’erosion, il est propose de suivre localement ces dynamiques a l’aide des techniques PTV et LIF. Dans cette optique, il faut disposer de fluides modeles transparents simulant les proprietes rheologiques des sediments naturels et notamment les dynamiques particulieres presentees precedemment. Deux fluides modeles a seuil (gels) utilisant le carbopol et la laponite sont ainsi mis au point, et on montre la similitude des proprietes. 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.