application aux sédiments des environnements … · Rappels Objectifs But Caractériser les tailles de particules d’un sédiment en établissant la fréquence statistique des différentes

Etude granulométrique application aux sédiments des

environnements fluviatiles

actuels

Rappels

Objectifs

But

Caractériser les tailles de particules d’un sédiment en établissant

la fréquence statistique des différentes classes de dimension

Domaine fondamental

Étude des sédiments et roches sédimentaires (origine des grains)

Conditions de dépôt / description agent transporteur /

Domaine appliqué

Géotechnique / génie civil (granulats, bétons, construction…)

2

Rappels

4 étapes

Echantillonnage sur le terrain Fondamental!

Que souhaite-t-on montrer?

Représentativité

Fractionnement échantillon selon différentes classes de taille Rudites Terrain : galets, blocs

Arénites / lutites Laboratoire : sables + fines

Traitement données brutes

Courbes / indices

Interprétation Mise en évidence des conditions de dépôt

Potentialité de mise en mouvement

3

Méthodes

d’échantillonnage

4

Méthodes d’échantillonnages

Contraintes d’échantillonnage et représentativité

Large spectre granulométrique de l’argile [2µm] au bloc [> 25 cm]

Souvent bi ou polymodaux.

Arénites & lutites : pas de problème d’échantillonnage

Rudites (>2mm) : échantillons de taille importante pour être

représentatif

Contraintes liées au sédiment

Contraintes liées à l’environnement

Submergé/Emergé

5


6


Uni-modal

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

-6.0-4.0-2.00.02.04.0

Class Weight (%)

Particle Diameter (f)

GRAIN SIZE DISTRIBUTION

100 1000 10000

Particle Diameter (mm)

Bi-modal

7


2 types de méthodes

Comment choisir ?

Méthode d’échantillonnage avec prélèvement

Méthode d’échantillonnage sans prélèvement

Echelle spatio-temporelle de l’étude

Type de sédiments : arénites, lutites, rudites

Contraintes logistiques (matériel, main d’œuvre)

Type d’environnement : submergé/émergé

8

Méthodes d’échantillonnages avec prélèvement Echantillonnage en masse (Bulk sampling)

Gale & Hoare, 1992.

Application/avantages

Environnements émergés =

dépendant de l’hydrologie

Sédiments de surface et

profondeur

Simplicité de mise en œuvre

9

Echantillonnage par carottage (core sampling)


Environnements submergés ou

émergés

Possibilité de conservation de la

structure du profil

vertical/enregistrement de la

variable temporelle

Sédiments fins (mal adapté pour

les sédiments grossiers)

Méthodes d’échantillonnages avec prélèvement

Dhivert, 2012

10

Echantillonnage par cryo-carottage (freeze core

sampling)

Kondolf & Piégay, 2003.


Sédiments saturés en eau (eau de

surface/nappe alluviale)

Conservation de la structure du profil

vertical (temps limité)/enregistrement

variable temporelle

Adapté pour un large spectre

granulométrique

Méthodes d’échantillonnages avec prélèvement

11

Méthodes d’échantillonnages sans prélèvement

Echantillonnage par comptage (pebble

count/Wolman method)


Sédiments de surface

Sédiments grossiers > 4 mm

Environnements peu ou pas

submergés

Patch homogène

Jodeau, 2003.

12

Echantillonnage par grille (grid sampling)

Kellerhalls & Bray, 1971.

Méthodes d’échantillonnages sans prélèvement


Sédiments de surface

Sédiments grossiers : rudites

Environnements plutôt émergés

Détermination des diamètres in situ

Détermination des diamètres ex situ

Gouny, 2012.

Peu de perturbations

13

Analyses des échantillons en laboratoire Fraction grossière (sables – graviers)

Fraction fine (limons – argiles)

Tamisage (cf TD L2)

Granulométrie laser

Utilisation du principe de diffraction :

angle de diffraction fonction de la taille de la particule

Rodrigues

14

100

0

50

0,01 0,1 1 10

Taille des grains (mm)

Pourcentages cumulés (%)

Surfaces vannées ou armures

Quelles techniques d’analyse granulométrique utiliseriez-vous ?

15

Traitement de données

brutes et interprétation

16

Rappels

Objectifs

But



Domaine fondamental



Domaine appliqué


17

Rappels

4 étapes



Représentativité




Courbes / indices



18

Rappels

Courbes

Courbe des fréquences (histogrammes, polygones)

Courbe des fréquences cumulées (courbe cumulative)

Courbe freq. Cum.

Histogramme

polygone

19

Rappels

Courbes

Courbe des fréquences (histogrammes, polygones)

Courbe des fréquences cumulées (courbe cumulative)

Indices : Paramètres granulométriques

Paramètres graphiques

• Mode (uni-modal, bi-modal, pluri-modal)

• Percentiles (quartiles, déciles, centiles)

• Médiane

Paramètres calculés

Grain moyen (mean), indice de classement (sorting), indice

d’assymétrie (skewness), kurtosis 20

Rappels

21

Rappels

Objectifs

But



Domaine fondamental



Domaine appliqué


22

Rappels

4 étapes



Représentativité




Courbes / indices



23

Exercices

24

Secteur

Loire Moyenne, aval d’Orléans

et de la confluence avec le

Loiret

SIEL DREAL Centre

Villar, INRA Orléans

2012

2005

Environnement

barre sédimentaire forcée colonisée par une

espèce ligneuse pionnière : le peuplier noir

(Populus nigra L.)

25

Résultats des analyses granulométriques par tamisage

2008 2011

Tailles des tamis (mm) C16 C17 C18 C19 C20 C16 C17 C18 C19 C20

0,04 0 0,1 0 0 0,2 0 0 0 0 0

0,05 0,8 0,9 0 0 0,2 0 1,3 0 0 0

0,063 1 2,8 0 0 0,3 0 2,6 0 0 0

0,08 1,1 4,7 0,1 0,1 0,5 0 3,8 0 0 0

0,1 1,5 8,9 0,2 0,2 0,8 0 7,4 0 0 0,2

0,125 2,4 13,6 0,3 0,6 1,5 0,6 13,4 0 0,2 0,4

0,16 3,7 11,3 0,7 1,8 2,3 1,8 19 0,2 0,5 0,7

0,2 11,1 8,2 4 5,4 7,5 4,3 31,8 2,2 4,3 1,7

0,25 32,9 5,3 12,6 11,8 28,2 13,6 26,8 17,2 21,8 2,5

0,315 46,7 6,3 14,7 31,5 52,8 25,5 19,5 61,3 56,2 23,4

0,4 29,2 3,3 9 41,4 39,8 35,3 15,1 50,6 36,6 30,4

0,5 36,8 5,4 11,1 56,7 49,9 22,1 16,4 55,3 36,4 48,1

0,63 35,5 9,6 16,8 32,5 49,3 17,4 15 40,6 26 50

0,8 37 17,2 28,9 7,6 46,9 23,9 16,7 42,4 24,5 57,2

1 30,9 21,4 34,7 7,2 37,9 25,2 10,1 36,4 21,3 53,5

1,25 32,3 31,3 41,5 4,4 46,3 27,9 11,2 35,5 24 54,5

1,6 25,6 24,2 28,6 1,6 40,8 27,8 8 25,9 23,2 43,2

2 21 12,5 4,1 0,5 35,9 26,4 5,5 18,2 26 39,6

2,5 21,2 6,3 7,2 0,4 29,8 22,4 4,1 14,2 23,2 33,5

3,15 9,7 1,6 3,3 0 6,6 5,1 0,9 2,8 7,2 9,2

4 16 0 0 0 20 14,3 1,7 5,5 18,4 26,7

5 19,4 0 0 0 19,6 6,7 1,4 3,7 16 21,6

6,3 17,6 0 0 0 17 3,4 0,3 0 12,3 21,1

8 13,7 0 0 0 20,1 1,4 1 0 6,3 18,3

10 17,4 0 0 0 25,9 0 0,8 0 5,7 23,1

12,5 16,6 0 0 0 32,2 0 6,2 0 0 8,3

16 22,3 0 0 0 55 0 0 0 0 42,6

20 45,3 0 0 0 48,7 0 0 0 0 0

25 40,1 0 0 0 97,4 0 0 0 0 17,1

31,5 0 0 0 0 96,3 0 0 0 0 32

40 89,3 0 0 0 0 0 0 0 0 54,4

50 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Poids total (g) 678,1 194,9 217,8 203,7 909,7 305,1 240 412 390,1 713,3

26

1. Quelle est la différence de construction entre ces deux graphiques ?

2. Où se trouve le percentile pour lequel 10 % du matériel est d’une taille supérieure à

celui de la taille considérée ?

3. De quel percentile particulier s’agit-il ?

4. Pouvez-vous expliquer l’intérêt de connaître cette valeur ?

27

Construire la courbe cumulative de l’échantillon C18 Tailles des tamis (mm) 2008 2011

0,04 0 0

0,05 0 0

0,063 0 0

0,08 0,1 0

0,1 0,2 0

0,125 0,3 0

0,16 0,7 0,2

0,2 4 2,2

0,25 12,6 17,2

0,315 14,7 61,3

0,4 9 50,6

0,5 11,1 55,3

0,63 16,8 40,6

0,8 28,9 42,4

1 34,7 36,4

1,25 41,5 35,5

1,6 28,6 25,9

2 4,1 18,2

2,5 7,2 14,2

3,15 3,3 2,8

4 0 5,5

5 0 3,7

6,3 0 0

8 0 0

10 0 0

12,5 0 0

16 0 0

20 0 0

25 0 0

31,5 0 0

40 0 0

50 0 0

Poids total (g) 217,8 412

Tailles des tamis (mm) 2008 2011

0,08 0,1 0

0,1 0,2 0

0,125 0,3 0

0,16 0,7 0,2

0,2 4 2,2

0,25 12,6 17,2

0,315 14,7 61,3

0,4 9 50,6

0,5 11,1 55,3

0,63 16,8 40,6

0,8 28,9 42,4

1 34,7 36,4

1,25 41,5 35,5

1,6 28,6 25,9

2 4,1 18,2

2,5 7,2 14,2

3,15 3,3 2,8

4 0 5,5

5 0 3,7 28

1. Mesurez graphiquement les valeurs du D10, D50 et D90 ?

2. Que pouvez-vous dire de l’évolution de ces trois diamètres ?

2008 : D50 = 1,1 mm

2011 : D50 = 0,7 mm

2008 : D10 = 0,36 mm

2011 : D10 = 0,37 mm

2008 : D90 = 1,9 mm

2011 : D90 = 2 mm

29

5. Comparez les échantillons de 2008 entre eux. Quelles remarques pouvez-vous faire

sur les sédiments analysés ?

30

5. Observez-vous une évolution ? Si oui, laquelle ?

31

sens de

l’écoulement

Evolution de la topographie du

site

32

Recouvrement

par les ligneux (%) Courbes de niveau

(équidistance 3 m)

Végétation en 2011

33

6. Avec les éléments évoqués, pouvez-vous expliquer cette évolution ?

34

7. Quelle est cette formule ? Quelle utilisation peut-on en faire ?

35

36

8. A l’aide de cette formule et des données, déterminez les forces tractrices critiques

pour les échantillons étudiés ?

θ₌0.047 (compris entre O.03 et 0.06)

ρs₌2650 kg.m3

ρw₌1000 kg.m3

g₌9.81 m.s¯2

D₌diamètre grain en m

τc₌force tractrice critique en N.m2

Echantillons 2008 2011

C16 42206,694 3104,5

C17 2032,755 1886,2

C18 1891,041 2080

C19 831,858 5094

C20 31919,264 35250,9

D90 en microns

37

8. Quel peut-être l’intérêt de calculer la force tractrice critique à partir du D90 ?

9. Du D10?

Echantillons 2008 2011

C16 32,11 2,36

C17 1,55 1,43

C18 1,44 1,58

C19 0,63 3,88

C20 24,28 26,82

τc

38

9. Calculez la force tractrice pour une crue de 2080 m3.s-1 en 2011.

ρ : masse volumique de l’eau = 1000 kg.m-3

g : constante de gravité = 9,81 m.s-²

Rh : rayon hydraulique, assimilable à la hauteur d’eau pour les grands cours d’eau

J : pente = 0,000226 m.m-1

Rh (Q=2080)

C16 2,98561029

C17 2,28961029

C18 2,19561029

C19 1,88361029

C20 3,14061029 39

9. Tous les sédiments peuvent-ils être érodés par cette crue en 2011 ?

Rh (Q=2080) τ (Q=2080) τc D90

C16 2,99 6,62 2,36

C17 2,29 5,08 1,43

C18 2,20 4,87 1,58

C19 1,88 4,18 3,88

C20 3,14 6,96 26,82

10.Avec l’aide d’autres méthodes aucune érosion n’a été enregistrée au niveau de

l’échantillon C17, C18 et C19. Pouvez-vous formuler une ou plusieurs hypothèses

expliquant ces résultats contradictoires ?

40

Documents

application aux sédiments des environnements … · Rappels Objectifs But Caractériser les tailles de particules d’un sédiment en établissant la fréquence statistique des différentes