Sables mouvants

Un panneau d'avertissement dans une carrière d'extraction de sable. « Eau profonde et sables mouvants, baignade interdite. »

Un sable mouvant est un sable fin, saturé d'eau, ayant une faible capacité portante.

En tant que tel, le terme peut plus généralement désigner un phénomène naturel, apparaissant sous certaines conditions, qui crée des zones de sol semblant solides mais ne pouvant supporter un certain poids. Ces zones elles-mêmes sont également appelées sables mouvants.

Explication physique

Un sable mouvant se forme quand un sol granuleux (comme du sable) est saturé par une eau remontant du sous-sol avec suffisamment de pression pour séparer et mettre en suspensions les grains. Les forces de friction entre les particules sont donc considérablement réduites et le mélange s’apparente plus à un fluide épais qu’à une matière solide, le courant d'eau participant au maintien du mélange en suspension.

Un sable mouvant type est formé d'argile, de sable fin et d'eau salée. Un tel mélange voit sa viscosité augmenter naturellement avec le temps. Si la surface est sèche, elle peut masquer la véritable nature de la zone. Il apparaît souvent comme solide jusqu'à ce qu'un choc ou une pression (due au poids d'une personne, par exemple) lui redonne sa faible viscosité (phénomène de type thixotropie).

La mécanique des sables mouvants a été étudiée en détails par l'équipe de Daniel Bonn (de l'École normale supérieure de Paris). Les physiciens ont ainsi étudié l'enfoncement d'un corps dans un sable mouvant et l'évolution de sa viscosité. Ils ont pour cela utilisé un mélange de 10 % d'argile et de 40 % d'un mélange de sable et d'eau salée, composition d'un sable mouvant iranien.

Les physiciens ont constaté qu'une augmentation de seulement 1 % de l'agitation de ce fluide suffisait à faire beaucoup diminuer la viscosité. Ainsi, un cisaillement suffit à provoquer une liquéfaction subite du fluide, entraînant les corps en surface à s'y enfoncer.

Après cette liquéfaction, la viscosité augmente avec le temps, du fait qu'il y a séparation progressive entre une phase riche en sable, et une phase riche en eau. La phase sableuse pouvant contenir jusqu'à 80 % du volume de sable, elle agit comme un ciment.

La densité du mélange étant proche de 2, tout corps ayant une densité proche de 1 plongé dans un sable mouvant subira une poussée d'Archimède proche de 2 fois son poids.

Sortir d'un sable mouvant

Du fait que la densité de son corps est proche de 1, un animal ne pourra s'enfoncer qu'à moitié dans un sable mouvant. Contrairement à une idée répandue (popularisée par certains films de genre), un corps pris dans un sable mouvant n'est donc pas aspiré par le fond, mais flotte (2 fois mieux que dans de l'eau). C'est l'augmentation de la viscosité qui le maintiendra immobilisé. De plus, la plupart des zones de sables mouvants ne sont pas très profondes.

Pris dans un sable mouvant, il vaut donc mieux n'user que de gestes doux, afin d'éviter toute nouvelle liquéfaction, et tenter de ramener de l'eau autour de ses membres, en se laissant flotter. Par ailleurs, il vaut mieux s'allonger pour ralentir le processus.

On peut trouver des sables mouvants très spécifiques. Ils ont habituellement pour constituants de base l'eau et le sable et ont besoin de conditions spéciales pour exister. On trouve aussi, plus rarement, des sables mouvants dans les déserts ; ils sont alors essentiellement constitués de sable et d'air.

Références

Source

• (en) A. Khaldoun, E. Eiser, G. H. Wegdam et Daniel Bonn, Rheology: Liquefaction of quicksand under stress, Nature, volume 437, numéro 635, 29 September 2005.

Voir aussi

• (fr) Daniel Bonn, Les sables mouvants, conférence donnée à l'École normale supérieure, le 3 décembre 2005 à 15h00. page de téléchargement de la vidéo