Rhéologie

Pourquoi la rhéologie ?

Par Ricardo SILVA JACINTO 

L’acquisition et l’utilisation d’un rhéomètre permettent d’étudier le comportement des sédiments cohésifs, de type vase, dominés par la présence d’argiles, d’analyser les conditions sous lesquelles le sédiment pourra couler, être érodé et transporté par les courants et les vagues.

La rhéologie caractérise de manière macroscopique la relation entre les contraintes exercées sur un matériau et les conditions de déformation et/ou d’écoulement induites au sein du matériau. Les expressions mathématiques de ces relations sont appelées « lois de comportement » ou « relations constitutives ». Ainsi, la rhéologie décrit, à une échelle macroscopique, la réponse dynamique ou mécanique des matériaux.

A elle seule, la rhéologie est un domaine de recherche suffisamment vaste que l’on ne saurait traiter de manière approfondie à l’Ifremer. L’usage de la rhéologie des sédiments à l’Ifremer sert à « alimenter » des modèles d’écoulement et transport sédimentaire avec des « lois de comportement ».

Un domaine d’application de la rhéologie est la détermination de l’écoulement des « avalanches sous-marines », qui sont des écoulements de terrain ayant lieu suite, par exemple, à une activité sismique. La vitesse de déplacement de l’avalanche est étroitement liée à la rhéologie des sédiments : plus le sédiment est visqueux moins il coulera vite. Ceci est d’une importance capitale : les glissement de terrains sous l’eau sont à l’origine de raz-de-marée, c'est-à-dire, de tsunamis.

Dans un domaine plus côtier, comme les estuaires, l’érosion des sédiments est liée d’une part à la force exercée par l’eau, dont la pression des vagues, et d’autre part à la résistance ou cohésion des sédiments. C’est grâce à la rhéologie que l’on peut déterminer quelle hauteur de vagues il faut pour mobiliser le sédiment, l’éroder et, enfin, le transporter.

Les relations constitutives varient selon la nature et l’état du matériau. Les propriétés chimiques des sédiments cohésifs permettent plusieurs types de liaisons entre les particules qui sont à l’origine de différentes structures particulaires. Les liaisons entre les particules, ou la probabilité d’occurrence des différents types de liaisons, varient selon les conditions électro-chimico-physiques environnantes : salinité, composition minéralogique, contenu en matière organique, pH, potentiel redox, intensité turbulente. La rhéologie des vases est donc sensible à de nombreux paramètres ; dans un environnement dynamique comme un océan, la rhéologie des vases ne cesse pas de varier.

Le comportement rhéologique d’une vase et les relations constitutives associées sont ainsi essentiellement déterminés par les mécanismes internes d’échelle microscopique. Pour les vases et pour leurs suspensions, ces relations sont donc particulièrement complexes et demeurent méconnues jusqu’à présent. Ceci pour plusieurs raisons :

  • la variété et la variabilité des liaisons interparticulaires caractéristiques des sédiments cohésifs ;
  • la non linéarité des « relations constitutives », dont les caractéristiques varient avec les variations décrites ;
  • la thixotropie de la vase qui caractérise la dépendance du comportement par rapport à l’histoire des déformations antérieures (son état de fatigue) ;
  • l’incertitude des conditions environnantes lors de la formation du matériau.