Erosion d`une vase de l`estuaire de la Loire sous l`action du courant

ORIGINAL PAPER
Erosion d’une vase de l’estuaire de la Loire sous l’action
du courant
Erosion of a mud from the Loire estuary by a flow
M. Sanchez ÆD. Levacher
Received: 8 June 2007 / Accepted: 14 April 2008 / Published online: 4 June 2008
Springer-Verlag 2008
Re
´sume ´Le phe
´nome `ne d’e ´rosion des vases sous l’action
d’un courant est aborde
´expe ´rimentalement. Cette e ´tude
comporte six se
´ries d’essais d’e ´rosion re ´alise ´es en labora-
toire sur une vase de Loire pour six concentrations
diffe
´rentes. Pour chaque concentration, trois essais succes-
sifs ont e
´te ´effectue ´s afin de pouvoir analyser les re ´sultats
statistiquement. La rigidite
´initiale et la concentration des
vases sont mesure
´es en suivant un protocole d’essai. Des
lois phe
´nome ´nologiques sont propose ´es pour relier le taux
d’e
´rosion mesure ´a `la rigidite ´initiale du se ´diment et a `la
contrainte hydrodynamique. Un pie
`ge a `se ´diments inte ´gre ´
dans le dispositif d’essai, permet d’obtenir un e
´chantillon de
mate
´riau e ´rode ´. La taille des copeaux de vase e ´rode ´s et leur
densite
´sont mesure ´es gra ˆce a `une technique expe ´rimentale
originale. Une expression mathe
´matique est ainsi avance ´e
pour relier la taille des copeaux a
`la densite ´et a `la rigidite ´
initiale du de
´po ˆt dont ils proviennent.
Mots cle
´sErosion Vase Rhe
´ologie 
Mode
´lisation physique Loire
Abstract This research work deals with an experimental
study on the erosion phenomenon of a mud under the action
of a water current. It is observed from research works
carried out by Partheniades (J Hydraul Div ASCE
91(HY1):105–139, 1965), Migniot (La Houille Blanche
1&2:11–29, 95–111, 1989), Ockenden and Delo (GeoMar
Lett 11:138–142, 1991), Aberle et al. (Mar Geol 207:83–93,
2004), among others, that mud erosion process by an
hydrodynamic action depends mainly on sediment proper-
ties. Based on a literature study, this critical stress is
assumed to be proportional either to the effective cohesion
(Eq. 2) or to the yield stress (Eq. 4) of the sediment bed. Six
erosion test series have been performed at six different
concentrations of a mud from the Loire estuary. Some
properties of the tested sediments are: a solid particles
density q
s
= 2,550 kg m
-3
, a liquidity and plasticity limit at
140 and 70% of the water content, respectively, a mean size
of the dispersed mineral fraction determined by laser
techniques of 10 lm, and a volatile matters content of
11.86% by total dry weight burned at 550C. As the rheo-
logical behaviour is difficult to describe, the sediment
strength is characterized by only a parameter, namely, the
yield stress s
y
. It is measured with a coaxial cylinder
Brookfield LVT viscosimeter following a defined procedure
(Hosseini in Liaison entre la rigidite
´initiale et la cohe ´sion
non draine
´e dans les vases molles—Relation avec la
dynamique se
´dimentaire. The `se, Universite ´de Nantes, 167 p,
1999). For each studied concentration, three successive
erosion tests are carried out, and for every erosion test,
15 successive measurements of s
y
are made. The mean
values and the standard deviations of s
y
are shown in
Table 1as a function of the bed sediment concentration
C. A confined flume has been conceived and built to char-
acterize the erosion rates. With this device, a current-
induced shear stress is generated above an homogeneous
deposited sediment (Fig. 1). The bed shear stress s
o
is cal-
culated from the measured mean velocity Vby Eq. 5. The
friction coefficient c
f
involved in Eq. 5has been evaluated
M. Sanchez (&)
Faculte
´des Sciences et des Techniques, UMR 6112 CNRS,
Laboratoire de Plane
´tologie et Ge ´odynamique,
Universite
´de Nantes, 2 rue de la Houssinie `re,
BP 92208, 44322 Nantes, France
e-mail: [email protected]
D. Levacher
Faculte
´des Sciences, UMR 6143 CNRS, Morphodynamique
Continentale et Co
ˆtie `re, Universite ´de Caen,
Esplanade de la Paix, 14032 Caen, France
123
Bull Eng Geol Environ (2008) 67:597–605
DOI 10.1007/s10064-008-0159-9

from measurements of the hydraulic pressure loss. Finally,
the validity of Eq. 5has been confirmed by five calibration
tests on the incipient of the movement of sands for which
results are compared with Shields diagram in Fig. 2. The
observed erosion mechanisms affecting cohesive sediments
depend mainly on the value of the yield stress. For a fluid
mud (s
y
less than 3 N m
-2
), the bed shear stress produces at
first a wavy motion on the bed surface with a progressive
undulation. When the shear stress increases, resuspension
produces a diluted sediment cloud which is entrained and
dispersed by the flow. For a plastic mud (s
y
greater than
3Nm
-2
), erosion occurs by a wrenching of aggregates
which are transported near the bottom. Initially, the eroded
aggregates measure several millimetres in size; but, once
transported, aggregates break into very rigid and compact
aggregates of maximum size close to 1 mm in all the cases.
During erosion tests, erosion volumetric rates E
v
have been
evaluated under steady-state bed shear stress s
o
from the
observed variation in time of suspended sediment concen-
tration. A generalized erosion is assumed for E
v
CE
vo
=
3910
-7
ms
-1
(that is the equivalent of 1 mm sediment
layer eroded per hour). The generalized erosion occurs
above a critical bed shear stress s
oe
which is linked to s
y
and
mud density through Eq. 7. A phenomenological law
defined by Eq. 8is proposed to calculate the erosion rate as
a function of yield stress and hydrodynamic shear stress at
the bottom. For s
o
\s
oe
, a small erosion is observed, which
is described by a formulation given by Cerco et al. (Water
quality model of Florida Bay. U.S. Army Engineer
Research and Development Center, ERDC/EL TR-00-10,
Vicksburg, USA, 260 p, 2000). Above s
oe
, a small increase
in s
o
produces an important erosion rate rise which is
described by a formulation suggested by Mehta and Par-
theniades (Resuspension of deposited cohesive sediment
beds. In: Proceedings of the 18th coastal engineering con-
ference, Cape Town, South Africa, 2:1569–1588, 1982).
Figure 3 shows as a function of s
o
the observed values of E
v
(discrete symbols) as well as the proposed model (in solid
lines) for the six concentrations. For the theoretically
maximum value of E
v
, the hydrodynamic shear stress is
very high with regard to the sediment cohesion; and then,
the water flux produces an entrainment of underlying fluid
mud layers. The asymptotic law obtained from the model of
Kranenburg and Winterwerp (1997) plotted in dashed lines
in Fig. 3, is expressed by E
v
= 0.3 u
*
. A sediment trap
inserted in the experimental system allows a sample of
eroded mud aggregates to be obtained. It is observed that
the maximum value of the diameter D
M
of the eroded
aggregates depends on the density and yield stress of the
initially deposited mud according to Eq. 10. In the same
way, the density of the aggregates issued from plastic mud
erosion is measured following an original experimental
method and procedure (Table 3). The erosion of plastic
muds with a concentration from 310 to 420 kg m
-3
pro-
duces aggregates with a concentration close to 400 kg m
-3
and yield stress a little greater than 100 N m
-2
.
Keywords Erosion Mud Rheology 
Physical modelling Loire River
Introduction
Des vases organiques fluides de type cre
`me de vase a `tre `s
faible cohe
´sion couvrent les fonds de nombreux estuaires et
baies co
ˆtie `res abrite ´es de la houle oce ´anique. Ces se ´di-
ments sont susceptibles de se remettre en suspension sous
l’action d’agents hydrodynamiques tels que les courants et
les vagues engendre
´es par le vent. La remise en suspension
des se
´diments est a `l’origine de la formation des zones de
tre
`s forte turbidite ´des eaux, connues dans les estuaires sous
le nom de bouchon vaseux. Les fortes turbidite
´s d’une part
posent un proble
`me de qualite ´de l’eau, et d’autre part, sont
responsables du tre
`s fort taux d’envasement de certains
ports, pouvant atteindre dans des cas extre
ˆmes jusqu’a `1m
d’e
´paisseur en 15 jours.
Dans l’estuaire de la Loire, la vase pre
´domine dans le
chenal de l’estuaire en aval de Nantes, tandis qu’en amont
de ce site, les fonds sont recouverts principalement de
sable. Dans cet estuaire, un bouchon vaseux se met en
place a
`la suite d’une e ´rosion tre `s importante de vases
fluides, phe
´nome `ne observe ´principalement lorsque les
courants de mare
´e deviennent importants en vives-eaux
(Sanchez et al. 2000).
Cet article concerne pre
´cise ´ment l’e ´tude en laboratoire
de l’e
´rosion de vases de Loire a
`forte teneur en eau. C’est
en fait le principal me
´canisme se ´dimentaire a `l’origine de
la formation des zones a
`forte turbidite ´souvent observe ´es
dans cet estuaire pendant les mare
´es de vives-eaux.
Les e
´tudes les plus anciennes portant sur les conditions
critiques d’e
´rosion de se ´diments par un courant e ´taient
re
´alise ´es sur des sables. Dans ces e ´tudes, l’e ´coulement e ´tait
caracte
´rise ´exclusivement par la vitesse moyenne V. C’est
ainsi qu’en 1753, Brahams (dans Larras 1972) a propose
´
une loi non homoge
`ne ou
`la vitesse critique d’e
´rosion V
c
est proportionnelle a
`la puissance 1/6 du poids individuel
des granulats.
Cependant, il a e
´te ´note ´par la suite que la vitesse cri-
tique d’e
´rosion de ´pendait e ´galement d’autres parame `tres
comme le tirant d’eau et la rugosite
´des fonds.
C’est pourquoi, pour un certain type de granulats, la
«force» ge
´ne ´re ´e par le courant susceptible de provoquer le
de
´but d’entraı ˆnement, est parame ´tre ´e par une valeur cri-
tique s
oc
de la contrainte de cisaillement au fond s
o
, telle
que celle-ci figure dans les the
´ories modernes de l’e ´coul-
ement turbulent. Cette repre
´sentation est aujourd’hui
598 M. Sanchez, D. Levacher
123

couramment utilise
´e en transport solide (Shields 1936;
Einstein 1942; Meyer-Peter et Mu
¨ller 1948; Larras 1972).
Le proble
`me de la mise en mouvement des mate ´riaux
non cohe
´sifs a e ´te ´aborde ´d’une fac¸on the ´orique et expe ´-
rimentale par Shields (1936). En e
´tudiant l’e ´quilibre entre
la force tractrice de l’e
´coulement, conside ´re ´e comme
proportionnelle a
`s
o
,etlare
´sistance au mouvement, con-
side
´re ´e comme proportionnelle au poids de ´jauge ´des
granulats, Shields a propose
´une expression pour la con-
trainte de cisaillement critique d’e
´rosion s
oc
qui est encore
tre
`s utilise ´e de nos jours. Cette expression est la suivante:
soc ¼fðRÞðqsqwÞgd ð1Þ
ou
`q
s
est la masse volumique des granulats, q
w
la masse
volumique du fluide, gl’acce
´le ´ration de la pesanteur, dle
diame
`tre des granulats et fun coefficient de ´pendant du
nombre de Reynolds R
*
.
De la me
ˆme manie `re, les premie `res e ´tudes sur l’e ´rosion
des mate
´riaux cohe ´sifs tenaient compte de la vitesse moy-
enne de l’e
´coulement (Hjulstro
¨m1935), alors que les e
´tudes
re
´centes caracte ´risent la «force» ge ´ne ´re ´e par le courant par
s
o
. Des expe
´riences re ´alise ´es par Migniot (1968) ont montre ´
que la contrainte de cisaillement critique d’e
´rosion d’une
vase donne
´e s’e ´le `ve fortement lorsque sa concentration C
augmente a
`la suite du processus de tassement (voir aussi
Sanchez et Levacher 2007). Cependant, les lois reliant s
oc
a
`
Cvarient conside
´rablement d’un mate ´riau a `un autre.
Pour e
´tablir une loi universelle de de ´but d’e ´rosion des
vases, le proble
`me est aborde ´d’une manie `re the ´orique. Pour
ce faire, il est important de connaı
ˆtre une grandeur cara-
cte
´risant le mieux possible la re ´sistance des se ´diments. C’est
ainsi qu’en utilisant la cohe
´sion effective c’ (re ´sistance au
cisaillement inde
´pendante du frottement intergranulaire
selon la loi de Coulomb) pour caracte
´riser cette re ´sistance,
Partheniades (1965) aboutit a
`la loi suivante :
soc ¼kc0ð2Þ
ou
`kest un coefficient de proportionnalite
´sans dimension.
Malheureusement Partheniades ne fournit pas de rens-
eignements concernant la valeur du coefficient k.
Le de
´but de l’e ´rosion a e ´te ´e ´tudie ´d’une fac¸on plus ap-
profondie par Migniot (1989). Dans ses e
´tudes, Migniot
caracte
´rise l’action de l’e ´coulement par la vitesse de cisa-
illement u
*
,de
´finie par (s
o
/q
w
)
0,5
. En examinant en
laboratoire plus de 30 mate
´riaux cohe ´sifs d’origines
diverses, Migniot propose les formules suivantes:
uc¼0;013s0;25
y;si :sy3N m2ðvases fluidesÞ
0;009s0;50
y;si :sy[3N m2ðvases plastiquesÞ
(
ð3Þ
ou
`u
*c
est la vitesse de cisaillement critique d’e
´rosion en
ms
-1
,ets
y
la rigidite
´initiale du se ´diment en N m
-2
. Cette
rigidite
´initiale est mesure ´ea `l’aide d’un viscosime `tre
Brookfield LVT, en suivant un protocole d’essai bien de
´fini
(Migniot 1989). Sachant que la masse volumique de l’eau
vaut environ 1,000 kg m
-3
, la loi de de
´but d’e ´rosion des
vases plastiques propose
´e par Migniot peut e ˆtre mise sous
la forme suivante:
soc ¼0;081syð4Þ
Cette loi est donc semblable a
`celle de Partheniades, car c’
et s
y
sont des valeurs seuil analogues ne diffe
´rant entre
elles que par le mode
`le rhe ´ologique utilise ´pour repre ´senter
le comportement des se
´diments, une fois qu’elles sont
de
´passe ´es. Si la contrainte applique ´ede ´passe la cohe ´sion
effective le comportement est solide. Si elle de
´passe la
rigidite
´initiale, le comportement est fluide. La valeur kdu
mode
`le de Partheniades (Eq. 2) serait donc de 0,081 si le
protocole expe
´rimental et le mode `le rhe ´ologique utilise ´s
par Migniot e
´taient retenus.
Les e
´tudes de Migniot et de Partheniades montrent
l’importance joue
´e par le comportement rhe ´ologique des
vases dans l’e
´tude du processus d’e ´rosion. Or, a `tempe ´r-
ature constante, ce comportement, est tre
`s variable d’un
se
´diment a `un autre selon leurs composants : taille des
particules e
´le ´mentaires, mine ´raux argileux, matie `re orga-
nique, de
´bris d’organismes, oxydes divers, me ´taux, eau
interstitielle, etc. Ainsi, a
`concentration constante, la
rigidite
´initiale d’une vase est d’autant plus e ´leve ´e que la
fraction argileuse est fine ou que la matie
`re organique est
oxyde
´e ; la salinite ´de l’eau interstitielle est ici un pa-
rame
`tre secondaire (Migniot 1989). Par ailleurs, la rigidite ´
diminue lorsque la vase est remanie
´e, mais cette rigidite ´
est re
´cupe ´re ´e par thixotropie apre `s un certain temps de
repos.
Une e
´tude comparative portant sur plusieurs dispositifs
expe
´rimentaux pour e ´tudier l’e ´rosion en laboratoire et in
situ (Tolhurst et al. 2000), montre que les valeurs observe
´es
de s
oc
de
´pendent du crite `re retenu pour de ´finir le de ´but
d’e
´rosion; plusieurs valeurs critiques de s
o
peuvent ainsi
e
ˆtre de ´finies, correspondant chacune a `une valeur seuil du
taux d’e
´rosion.
Pour un se
´diment donne ´, les e ´tudes de Migniot (1989),
Delo et Ockenden (1992), Berlamont et al. (1993), Aberle
et al. (2004) et Krishnappan et Droppo (2006), montrent
que le comportement de
´pend principalement de la con-
centration en matie
`res se `ches C. C’est pour cette raison
qu’un grand nombre d’e
´tudes sugge `re que le taux d’e ´ro-
sion d’une vase de
´pend de sa concentration et de la
contrainte de cisaillement exerce
´e par l’e ´coulement (Par-
theniades 1965; Cormault 1971; Mehta et Partheniades
1982; Parchure et Mehta 1985; Migniot 1989; Ockenden
et Delo 1991; Houwing 1999). Cependant les lois pro-
pose
´es pour le taux d’e ´rosion sont tre `s variables selon la
vase e
´tudie ´e.
Erosion d’une vase de l’estuaire de la Loire sous l’action du courant 599
123

Mate
´riels et me ´thodes expe ´rimentales
Comportement rhe
´ologique et me ´canique de la vase
Les vases e
´tudie ´es ont e ´te ´pre ´leve ´es au port de Trentemoult
qui est situe
´dans l’estuaire de la Loire a `55 km de
l’embouchure. Un e
´chantillon d’une vase superficielle
fraı
ˆchement de ´pose ´e ayant une concentration in situ de
310 kg m
-3
et un e
´chantillon d’une vase partiellement
consolide
´e ayant une concentration in situ de 420 kg m
-3
,
ont permis d’effectuer les essais d’e
´rosion. Les autres
essais ont e
´te ´effectue ´s avec des e ´chantillons reconstitue ´s
en me
´langeant la vase de 310 kg m
-3
avec de l’eau du
robinet.
La composition de la phase solide des deux e
´chantillons
pre
´leve ´s in situ est semblable. La masse volumique de la
fraction solide mesure
´e au pycnome `tre est de 2,550 kg m
-3
.
Les limites d’Atterberg ont e
´te ´de ´termine ´es, a `savoir :
•limite de liquidite
´:w
L
=140%,
•limite de plasticite
´:w
P
=70%.
Mesure
´e par granulome ´trie Laser, la taille moyenne des
particules constituant le corte
`ge argileux est d’environ
10 lm et la teneur en matie
`re organique volatile mesure ´e
par calcination a
`550C pendant deux heures est de
11,86%.
Le comportement me
´canique de la vase est caracte ´rise ´
par la rigidite
´initiale de la vase s
y
,e
´value ´e en utilisant un
rhe
´ome `tre de type Brookfield LVT. Le principe est de
mesurer le moment de torsion ne
´cessaire pour mettre en
rotation un cylindre immerge
´dans un mate ´riau. Les
mesures sont re
´alise ´es en suivant un protocole bien de ´fini
(Migniot 1989; Hosseini 1999).
Les expe
´riences d’e ´rosion en laboratoire ont e ´te ´re ´a-
lise
´es pour six concentrations diffe ´rentes: 100, 160, 210,
260, 310, et 420 kg m
-3
. Pour chaque concentration trois
essais d’e
´rosion sont effectue ´s; chaque essai comportant 15
mesures de s
y
. Le Tableau 1re
´sume les re ´sultats des
mesures de la rigidite
´initiale et de ses coefficients de
variation en fonction de la concentration. Notons qu’un
essai d’e
´rosion comple ´mentaire de longue dure ´eae ´te ´ef-
fectue
´sur une vase ayant une concentration de 390 kg m
-3
et une rigidite
´initiale de 126 N m
-2
afin d’e
´tudier les taux
d’e
´rosion induits par des faibles valeurs de s
o
.
Dispositif expe
´rimental utilise ´pour l’e ´tude de l’e ´rosion
Un syste
`me hydraulique a e ´te ´conc¸u spe ´cialement pour
cette e
´tude. Il s’agit d’un circuit ferme ´ou
`la circulation
d’eau est assure
´e par une pompe centrifuge. Le syste `me,
qui est sche
´matise ´sur la Fig. 1, comporte une pompe, une
veine d’essai de section rectangulaire, un de
´bitme `tre, deux
vannes, un re
´servoir de re ´gulation, deux transitions section
circulaire-rectangulaire. Les liaisons entre les diffe
´rents
e
´le ´ments du syste `me sont assure ´es par des conduites en
PVC a
`section circulaire.
Compte tenu de l’espace re
´duit disponible en laboratoire
et de la large gamme de vitesses a
`e ´tudier, la solution
retenue consiste en une veine d’essai confine
´e dans laquelle
l’eau ne pre
´sente pas de surface libre. Les dimensions de la
veine d’essai sont: 0,12 m de largeur; 0,05 m de hauteur et
2 m de longueur. Un bac a
`se ´diments est situe ´au milieu de
la veine d’essai ou
`l’e
´coulement est en principe le plus
uniforme. Les dimensions de ce bac sont: 1 m de longueur;
0,05 m de profondeur, et, afin d’e
´viter les phe ´nome `nes de
bord, la largeur est limite
´ea
`0,08 m.
En aval du bac a
`se ´diments, un pie `ge a `se ´diments a e ´te ´
mis en place afin de re
´cupe ´rer les copeaux de vase lorsque
l’e
´rosion se produit par arrachement de ceux-ci, et ainsi de
pouvoir mesurer leur taille et leur densite
´. La contrainte de
cisaillement au fond est calcule
´e en fonction de la vitesse
moyenne d’e
´coulement V, gra ˆce a `l’e ´quation qui suit :
so¼cfqw
V2
2ð5Þ
ou
`c
f
est un coefficient de frottement. Dans cette e
´tude, la
valeur retenue pour l’ensemble des concentrations e
´tudie ´es
est c
f
= 0,014. Cette valeur a e
´te ´de ´duite de la diffe ´rence de
charge hydraulique mesure
´e entre l’amont et l’aval du bac
a
`se ´diments. Elle correspond a `une rugosite ´hydraulique e
de la surface de la vase de 8,7 910
-4
m.
Dans le but de valider le dispositif expe
´rimental
d’e
´rosion, les contraintes de cisaillement au fond associe ´es
a
`la mise en mouvement de cinq sables diffe ´rents ont e ´te ´
mesure
´es. Les sables e ´tudie ´s sont un sable de Fontaine-
bleau (d= 2,0 910
-4
m), deux sables de Hostun
(d= 8,7 910
-4
metd= 1,2 910
-3
m) et deux sables
de Loire (d= 8,7 910
-4
metd= 1,2 910
-3
m). Le
crite
`re retenu de de ´but de mouvement, correspond a `un
e
´coulement entraı ˆnant un mouvement ge ´ne ´ralise ´de parti-
cules de sable en surface pour lequel un observateur ne
peut pas distinguer individuellement chacune des parti-
cules en mouvement. Ces mesures sont compare
´es avec la
loi de Shields dans la Fig. 2. Les valeurs obtenues pour s
oc
sont en moyenne 20% supe
´rieures de celles calcule ´es avec
la loi de Shields. Ce faible e
´cart donne l’ordre de grandeur
de l’incertitude lie
´e aux instruments utilise ´s dans cette
e
´tude.
Ces essais avec du sable ont e
´galement permis de con-
stater que le mouvement du sable se produit uniforme
´ment
sur toute la surface du bac a
`se ´diments. Ceci confirme que
l’e
´coulement d’eau sur cette surface est uniforme, tout au
moins pour une e
´rosion faible de la couche de se ´diments,
infe
´rieure a `environ 2 mm.
600 M. Sanchez, D. Levacher
123

Re
´sultats
Essais d’e
´rosion de vases
Six se
´ries d’essais d’e ´rosion sont re ´alise ´es pour les six
concentrations diffe
´rentes. Pour chaque concentration, trois
essais successifs sont effectue
´s afin de pouvoir examiner
les re
´sultats statistiquement. Le fluide utilise ´est l’eau du
robinet a
`une tempe ´rature moyenne de 21C.
Apre
`s la mise en place de la vase dans le bac a `se ´diments
une couche d’environ 1 mm de
´borde. Elle est de ´cape ´een
striant la surface a
`l’aide d’une grille me ´tallique et en
utilisant un contre-courant pour la chasser. Ceci ne peut pas
s’ope
´rer pour les concentrations de 100 et 160 kg m
-3
, car
la cre
`me de vase est alors trop liquide. Gra ˆce a `ce mode
ope
´ratoire la surface de la vase au de ´but des tests n’est pas
parfaitement lisse. Dans ces conditions, la rugosite
´
hydraulique initiale, d’environ 8,7 910
-4
m, se traduit par
une valeur locale du coefficient de Strickler de 68 m
1/3
s
-1
,
valeur qui correspond tout a
`fait a `des surfaces de type vase.
Les essais sont re
´alise ´s en augmentant graduellement les
vitesses par paliers. En de
´but d’essai, chaque palier dure
cinq minutes et si l’e
´rosion n’est pas observe ´e, la vitesse
est augmente
´e. Ensuite, de `s lors qu’un de ´but d’e ´rosion est
observe
´, la vitesse est maintenue constante pendant
30 min. Par la suite, la vitesse est a
`nouveau augmente ´eet
la dure
´e de chaque palier est de plus en plus courte, mais
cette dure
´e est suffisante pour de ´celer visuellement une
nette augmentation de la turbidite
´. L’essai est arre ˆte ´lors-
que la couche de se
´diments est e ´rode ´e sur plus de 2 mm
d’e
´paisseur. A chaque palier, la vitesse Vest mesure ´e afin
de calculer la valeur de s
o
. De plus, les teneurs en matie
`res
en suspension en de
´but et en fin du palier sont mesure ´es sur
des e
´chantillons pre ´leve ´s en aval du bac a `se ´diments afin
d’e
´valuer le taux volumique d’e ´rosion E
v
comme suit:
Ev¼J
AC
DMES
Dtð6Þ
ou
`
0 est le volume total d’eau dans le syste
`me, Ala surface
horizontale du bac a
`se ´diments, Cla concentration de la
vase de
´pose ´e dans le bac et DMES l’accroissement de la
teneur en matie
`res en suspension au cours de la dure ´eDtdu
palier.
Les me
´canismes de l’e ´rosion observe ´s en laboratoire
sont tre
`s diffe ´rents suivant l’e ´tat des de ´po ˆts de vase. Pour
les se
´diments peu concentre ´s (vases fluides), l’e ´rosion se
produit par bouffe
´es, une ondulation apparaı ˆta `l’interface;
Tableau 1 Mesures de s
y
(en N m
-2
) correspondant a
`la vase de Loire e ´tudie ´e en laboratoire
Concentration
100 kg m
-3
160 kg m
-3
210 kg m
-3
260 kg m
-3
310 kg m
-3
420 kg m
-3
Moyenne 0,73 1,18 5,26 20,3 55,0 141
Coefficient de variation de s
y
0,15 0,14 0,17 0,25 0,30 0,21
Fig. 1 Sche
´ma du syste `me
expe
´rimental d’essais d’e ´rosion
en laboratoire. Le
´gende:
Ppompe, Vvanne, Rre
´servoir,
Dde
´bitme `tre, Ttransition,
ps pie
`ge a `sediments
0.01
0.1
1
Nombre de Re
y
nolds *
τ
oc /((
ρ
s-
ρ
w)gd)
10 100 1000
Fig. 2 Courbe de Shields pour le de
´but d’e ´rosion des sables et points
expe
´rimentaux issus des essais avec du sable
Erosion d’une vase de l’estuaire de la Loire sous l’action du courant 601
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