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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’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
Méthodes d’échantillonnages
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
Méthodes d’échantillonnages
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
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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
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Echantillonnage par carottage (core sampling)
Application/avantages
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.
Application/avantages
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)
Application/avantages
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
Application/avantages
Sédiments de surface
Sédiments grossiers : rudites
Environnements plutôt émergés
Détermination des diamètres in situ
Détermination des diamètres ex situ
Gouny, 2012.
Peu de perturbations
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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
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…)
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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
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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
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…)
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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
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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.)
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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
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