1 Granulométrie des sables I – Généralités La granulométrie est l'étude de la répartition des éléments d’un sédiment selon leur taille. Elle s’applique aux roches meubles ou faiblement consolidées. Cette étude se base sur le fait que toute roche sédimentaire est formée de particules (minéraux ou fragments) provenant de la destruction de roches préexistantes. Ces éléments d’érosion ont des dimensions variables selon les mécanismes (transport et sédimentation) hydrauliques ou éoliens de qui les ont affectés. Le but de la méthode est de mesurer le pourcentage de la masse correspondant à chaque classe de dimension de particules par rapport au poids total du sédiment étudié. Cette mesure est suivie par une interprétation des résultats obtenus en faisant des comparaisons avec les résultats des études des milieux actuels. II – Préparation des échantillons Le mode opératoire de la granulométrie d’une arénite est le suivant : Dans le cas d'une roche consolidée, on commence par la dissocier Elimination des particules dont la taille est supérieure à 2 mm Elimination des particules dont la taille est inférieure à 0,05 mm, Décalcification par action d'HCL 1/10, 30 % Elimination de la matière organique par addition d'eau oxygénée. Rinçage dans de l'eau distillée. Séchage de l'échantillon. III - Tamisage La méthode de détermination de la granulométrie la plus simple est obtenue par le passage du sable à travers une série de tamis à mailles décroissantes : c’est le tamisage. Ce dernier se fait sur une colonne de tamis s'emboîtant les uns dans les autres. Les mailles sont rangées du bas vers le haut de la plus fine vers la plus grossière. La succession des ouvertures des tamis suit une progression géométrique de base 1 et de raison 1,259 (gamme AFNOR). La suite des diamètres des tamis (en micron) est la suivante: (50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600…). La manipulation consiste à placer les tamis sur le plateau d'un vibreur pendant un certain temps (10mn à15mn) et une certaine fréquence de vibration (70), ces deux paramètres doivent être réglées afin d’éviter la destruction des constituants de la roche. Pour faire passer le sédiment à travers toute la gamme de tamis, il est nécessaire d'effectuer le tamisage en plusieurs étapes car toute la colonne ne peut pas tenir sur le vibreur (maximum 7 tamis). Le premier tamisage est effectué avec les tamis grossiers qui sont placés au dessus du réceptacle. Finie la première phase du tamisage, le contenu du réceptacle est versé dans une deuxième série de tamis placée sur le vibreur, et la manipulation se poursuit jusqu’à la dernière série à mailles fines. Le refus de chaque tamis doit être pesé minutieusement et les résultats obtenus sont reportés sur le tableau suivant : 2 Granulométrie : Feuille de résultats. N° de tamis Maille (mm) Maille (phi) Ø Réceptacle <0.04 >4.64 1 0.050 4.32 2 0.063 3.98 3 0.080 3.64 4 0.100 3.32 5 0.125 3.00 6 0.160 2.64 7 0.200 2.32 8 0.250 2.00 9 0.315 1.66 10 0.400 1.32 11 0.500 0.99 12 0.630 0.66 13 0.800 0.32 14 1.000 0.00 15 1.250 -0.33 16 1.600 -0.68 Poids séparé (g) Poids séparé (%) Poids cumulé (g) Poids cumulé (%) IV - Tracés des courbes Après avoir pesé les refus et calculé les pourcentages, les résultats peuvent être exprimés sous forme de représentations graphiques : Histogramme ou courbe de fréquences et Courbe cumulée. 3 1) Histogramme et courbe de fréquences L'histogramme de fréquence est une représentation en bâtonnets sur un repère constitué par un axe d’abscisses (diamètres des grains) et un axe d’ordonnées (pourcentage des refus des tamis). Au lieu des rectangles ou bâtonnets, on peut également tracer une courbe de fréquence. 2) Courbe cumulative Elle est tracée sur une feuille à repère semi-logarithmique : ordonnées en échelle arithmétique et abscisses en échelle logarithmique. Selon les systèmes, on commence soit par les diamètres les plus fins (système américain) soit par les plus grossiers (système français). 4 5 V – Paramètres et indices granulométriques A partir de la courbe cumulée certains paramètres granulométriques sont dégagés. Ces paramètres sont en millimètre mais ils peuvent être reconvertis en unité phi. Ce sont les quartiles (Q25, Q50 et Q75) et les fractiles Q16 et Q84. Les indices granulométriques les plus utilisés sont ceux de Trask (en mm) : Sorting index et le Skewness et ceux d’Inman (en unité phi) : Moyenne, Ecart-type et Asymétrie. Courbe cumulée 100 % 90 % 84 % Q 75 Sorting index So = 80 % 75 % Skew nes s K = Q25 Q 75 x Q25 2 (Q 50) 70 % 60 % 16 + 84 Moyenne M = 2 50 % 16 - 84 Ecart-ty pe = 2 40 % As sy métrie A = 30 % 25 % Unité phi 20 % M - 50 = - log (Q en mm) x 3.3219 16 % 10 % Clas ses granulométriques Fins Q16 Q25 Q50 Q75 Q84 Gross iers 6 VI – Interprétations L’analyse des courbes, l’étude de leurs pentes, la déduction des indices et paramètres granulométriques (quartiles, fractiles, sorting index, skewness, hétérométrie….) permettent une bonne définition de l’agent de dépôt final (vent, torrent, fleuve, glacier….) et donc une reconnaissance du milieu de dépôt et ceci à l’aide de diagrammes appropriés. Si So < 2.5 = le sable est bien classé Si 2.5 < So < 4.5 = le sable est moyennement classé Si So > 4.5 = le sable est mal classé Si Sk < 1 = le classement du sable est décalé vers les grossiers Si Sk = 1 = le sédiment est symétrique, il y a autant de fins que de grossiers o Si Sk > 1 le classement du sédiment est décalé vers les fins o o o o o 7 Exemple de Diagrammes de Friedman 1) Signification des représentations graphiques Les courbes cumulées servent à la déduction des paramètres et aux calculs des indices, mais renseignent aussi sur le classement. Les courbes de fréquences indiquent le degré de classement et l’homogénéité ou l’hétérogénéité du sédiment. 2) Exemples de milieux a) Sables éoliens o Courbe cumulative en S très redressée. o Histogramme unimodal o Grains ne dépassant pas 2mm o Très bon classement o Beaucoup de particules fines b) Sables marins : Suivant l'influence à laquelle sont soumises les différentes parties marines, les sables sont 8 bien classés ou peu évolués. - sables des cordons littoraux et des chenaux sont peu évolués. - sables des plages ont une asymétrie négative en général (pas de particules fines). c) Sables fluviatiles : - Eaux vives, torrents : matériel grossier et très mal classé - Zones en aval (estuaires, embouchures…) : période calme : sables fins, vase et asymétrie positive. période de crues : matériaux grossiers mélangés aux vases et aux sables fins (histogrammes plurimodaux).
