Erosion of self-weight consolidated cohesive sediments
Erosion des sédiments cohésifs en auto-consolidation
Résumé
Pollutants and suspended matters of a river can accumulate into the sedimentary column. Once deposited, they are submitted to self-weight consolidation processes, ageing and burying, leading to an increase of their erosion resistance. Pollutant fluxes can be related to sedimentary fluxes, determined by threshold laws. In this work, an erosion threshold model is suggested by introducing a cohesion force into the usual force balance. A model of cohesion is developed on the basis of interactions between argileous cohesive particles (clays), particularly the Van der Waals force, whose parameterization is ensured by means of granulometry and porosity. Artificial erosion experiments were performed in a recirculating erosion flume with natural cored sediments where critical shear stress measurements were performed. Other analyses provided granulometry and porosity. The results obtained constitute a good database for the literature. The model is then applied to the experimental conditions and gives good agreement with measurements. An example of the accounting for self-weight consolidation processes is finally suggested, before finishing on a Mohr like diagram dedicated to soft cohesive sediment erosion.
Les polluants et les matières qui transitent dans les cours d'eau peuvent constituer des stocks dans la colonne sédimentaire. Ces dépôts, soumis aux processus d'autoconsolidation, sont sujets au vieillissement et à l'enfouissement, qui augmentent leur temps de résidence dans la colonne sédimentaire par augmentation de leur résistance à l'érosion. Les flux de polluants peuvent être ramenés aux flux de matières sédimentaires, dont l'érosion est décrite par des lois à seuil. Nous proposons une modélisation du seuil d'érosion d'un sédiment cohésif. Ce modèle considère les propri étés cohésives des matières qui composent les couches sédimentaires, en s'appuyant sur la force attractive électrodynamique de contact de Van der Waals. Cette force, que nous avons paramétrée par la granulométrie et la porosité, vient s'ajouter au bilan des forces généralement considéré pour modéliser le seuil d'érosion. Des expériences d'érosion artificielle ont été menées dans un canal à érosion, avec des sédiments naturels prélevés dans la partie en aval du Rhône, pour en évaluer le seuil d'érosion, la granulométrie et la porosité. Les résultats des expériences alimentent la littérature en données expérimentales sur l'érosion de sédiments cohésifs consolidés. Le modèle d'érosion ainsi développé est appliqué dans les conditions expérimentales. Il donne un bon accord avec les mesures. Nous illustrons sa prise en compte dans un modèle de consolidation, permettant de construire des diagrammes du type Mohr pour l'érosion d'un sédiment cohésif faiblement consolidé.
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