Loi de Stoke

Le processus de sédimentation est d'abord une loi physique, liée à la pesanteur.Des phénomènes biologiques peuvent l'accélérer ou le réduire, intervenant notamment dans les cycles écologiques et biogéochimiques

La sédimentation dépend du contexte géomorphologique, climatique, écologique et de la vitesse de l'eau.

Une faune spécifique aux sédiments contribue à leur nature, à leur mobilité et à la biodisponibilité des éléments qu'ils contiennent ; particules, nutriments, ou polluants. Les vers Polychaete typiques des vases des estuaires y contribuent, mais ils contribuent aussi a aérer les sédiments

Les polluants peuvent être accumulés dans la chaîne alimentaire et quitter le sédiment pour recontaminer d'autres compartiments de l'écosystème, via la bioturbation

Barrage construit pour bloquer les sédiments issus de l'explosion du volcan Mt St Helens sur la rivière Toutle (État de Washington, États-Unis)

Les matérieux se déposent différentiellement selon leur poids, caractéristique utilisée par les chercheurs d'or pour prospecter les sédiments, où ils trouvent généralement plus de billes de plomb de chasse que d'or

La sédimentation est à l'origine des roches sédimentaires, dont par exemple la craie et le pétrole qui jouent un rôle majeur dans le cycle du carbone

Le sédiment de n'importe quelle matière peut être transporté par le mouvement d'un fluide (air, eau, glacier) et est éventuellement déposé, formant une couche de particules solides sur le lit ou fond d'un cours d'eau ou d'autre liquide.

Origine et types de sédiments

• Des particules physiques, des êtres vivants et leurs excrêtats sédimentent en permanence dans les eaux douces, saumâtres et salées, ou se déposent dans les glaciers. Elles peuvent être remobilisées et transportées ailleurs.
• La Sédimentation d'origine (éoliennne) augmente avec l'aridification et la désertification. Les sédiments transportés par le vent, sont des minéraux issus de l'érosion des sols et des roches, des volcans, des embruns, des incendies.
• Les périodes de crue des rivières et des fleuves entraînent une plus grande quantité de sédiments, car les débits, plus forts, ont une plus importante force érosive et une plus grande énergie de transport. La baisse subséquente des niveaux d'eau crée souvent de vastes étendues de sol nouveau sur les plaines inondables.
  La disparition ou la régression des embâcles naturels, des castors et de leurs barrages peuvent modifier les paramètres érosifs d'un bassin versant et la sédimentation en aval, de même que la canalisation d'un fleuve ou d'une rivière, ou la construction de barrages artificiels qui emprisonnent dans leurs réservoirs d'importantes quantités de sédiments et parfois de polluants.
• L'érosion des sols dégradés par l'agriculture et le lessivage des sols urbains sont une source croissante de sédiments dans les canaux. A titre d'exemple, dans le réseau Nord/Pas de Calais, VNF estimait ^[1] en 2007 que l'érosion des bassins versants était responsable de l'apport de 143 000 tonnes de sédiments par an (à raison de 100mg/l dans les eaux de ruissellement urbain ^[1], de de 0,18 t/ha pour les eaux de ruissellement agricole^[1], les apports en sédiments étant nuls ou négligeables ^[1] dans les zones boisées ou prairiales, qui au contraire captent une grande partie des particules en suspension de l'eau qui réapparait limpide en aval dans les sources. Ces sédiments (souvent pollués) doivent être coûteusement curés et stockés dans des terrains de dépôt. Dans cette seule région, et rien que pour les canaux, VNF a identifié (chiffres 2007) 5.346 ouvrages de rejets directs. Selon la DRIRE, les industriels de cette région suivis par la DRIRE rejetaient dans les cours d'eau environ 4.300t/an ^[2]. Le volume des sédiments que VNF prévoit devoir extraire entre 2007 et 2027 est d'environ 8,5 millions de m3, venant à 80 % du réseau magistral (grands et principaux canaux)^[3].

• Les dunes et le lœss sont des résultats d'un transport sédimentaire éolien.
• Les moraines et tills sont des dépôts de sédiments ayant été transportés par la glace. Les effondrements gravitaires créent aussi des sédiments comme les talus et les glissements ainsi que les éléments de karstologie.
• Les lacs, deltas, mers et océans accumulent des sédiments pendant de longues périodes (transgression marine). Le matériau peut être terrigène (venant des terres) ou marin (dont l'origine est marine). Les sédiments déposés sont la source de roches sédimentaires qui peuvent contenir des fossiles des habitants de ce volume d'eau jadis recouvert par les couches de sédiments. Leur carottage permet de connaître l'évolution du climat.

Transport de sédiments

Cours d'eau

Lorsqu'un fluide comme l'eau coule, il peut se charger de particules en suspension. La vitesse de sédimentation est la vitesse minimale qu'un flot doit avoir pour transporter, plutôt que déposer, des sédiments, et est donnée par la loi de Stokes :

où w est la vitesse de sédimentation, ρ est la masse volumique (les indices p et f indiquent respectivement particule et fluide), g est l'accélération due à la gravité, r est le rayon de la particule et μ est la viscosité dynamique du fluide.

Si la vitesse de l'écoulement est plus grande que celle de dépôt, le granulat continue vers l'aval. Comme il y a toujours des diamètres différents dans le flot, les plus gros se déposent (décantation) tout en pouvant continuer à descendre par des mécanismes comme la saltation (collisions particules-paroi, par roulement ou glissement, dont les traces sont souvent conservées dans les rochers solides) et peuvent être utilisées pour estimer la vitesse du courant.

Dans les cours d'eau à pente plus importante, des sédiments plus grossiers peuvent être transportés. En montagne, le diamètre de plus grosses particules rocheuses transportées peut atteindre plusieurs dizaines de centimètres. Lorsque ce transport de sédiments survient lors d'une crue, on assiste à un événement de charriage.

Sédiments pollués

En aval des zones habitées, cultivées et/ou industrialisées, les sédiments des fleuves, des canaux, des gares d'eau, des estuaires et des littoraux ainsi que de certains lacs sont souvent très pollués. La pollution peut être ancienne (issue de mines médiévales ou antiques de métaux par exemple) et/ou récentes. On parle parfois de « pollution de stock », qui peut (re)devenir une « pollution de flux » en période de crue, ou suite à une méandrisation du cours d'eau ou suite à des travaux contribuant directement ou indirectement (modification des courants) à leur remise en suspension.
Des sédiments peuvent aussi avoir été pollués directements par le rejet volontaire ou involontaire de déchets, et notamment en mer Baltique et sur le littoral français ou dans certains lacs par l'immersion volontaire de munitions, d'explosifs et de déchets divers. Le long des canaux, des dépôts de boues de curages peuvent parfois constituer des points de relarguage de pollution.

Lits fluviaux

N'importe quelle particule dont le diamètre est approximativement plus grand que 0,7 mm formera des composants topographiques visibles et sculptés dans le lit du cours d'eau.

Environnements dépositaires principaux

Les principaux environnements dépositaires sont :

• Delta
• terrasse alluviale
• éventail alluvial
• méandres et rivière en tresses
• lac de bras mort
• levée
• bassin sédimentaire

Côtes et mers peu profondes

Le second environnement principal où le sédiment peut être en suspension dans un fluide est dans les mers et océans. Il peut venir des cours d'eau comme précédemment. Au milieu de l'océan, ce sont les organismes vivants qui sont principalement responsables de l'accumulation de sédiments, car leur coquille coule sur le fond de l'océan après leur mort et s'y fossilise. Enfouis durant des millions d'années, ces sédiments organiques sont graduellement transformés en combustibles fossiles tels que le charbon ou le pétrole, selon la durée d'enfouissement et l'environnement des couches organiques.

Formes du lit marin

Le forme du lit marin est influencée par la marée.

Les contre-écoulements

La chute de particules dans un liquide provoque des contre-écoulements opposés à leur descente. Ces contre-écoulements ont pour effet de ralentir la descente des particules situées au-dessus et ralentissent la sédimentation.

Pour mettre en évidence ce phénomène, une expérience de sédimentation dans un tube peut facilement être réalisée (voir l'effet Boycott).

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

Bibliographie

• (en) Piet Lens ; « Soil and sediment remediation: mechanisms, technologies and applications  » ; Integrated environmental technology series ; Ed : IWA Publishing, 2005 ; ISBN:1843391007, 9781843391005, 523 pages.

Notes et références