Sables mouvants et liquéfaction des sols lors de séismes

Les sables mouvants

 

Les sables mouvants sont généralement constitués d’un mélange de sable très fin et d’argile, saturé en eau salée.

 

→ Ce mélange est un fluide thixotrope

 

Une structure de sable et d’argile lacunaire… qui s’effondre lorsqu’on se débat

 

En effet, au repos l’argile et le sable forment des structures très aérées, un peu comme des châteaux de cartes comblés d’eau salée (avec seulement environ 40% de sable en volume).

Ces structures paraissent solides et supportent relativement bien une pression perpendiculaire. Cependant lorsque l’on fait vibrer les sables mouvants, par exemple en se débattant, la structure s’effondre et le mélange devient beaucoup moins visqueux. La personne qui se trouve sur les sables mouvant s’y enfonce.

 

On s’y enfonce mais on ne s’y noie pas !

 

Cependant la personne ne s’enfoncera jamais complètement. En effet les sables mouvants ont une densité très importante (environ égale à 2) et le corps humain principalement constitué d’eau beaucoup plus faible (environ égale à 1), et selon le principe de la poussée d'Archimède , un corps d’une densité moins importante que le fluide dans lequel il est ne peut pas s’y enfoncer complètement.

→ Autrement dit le corps humain flotte très bien dans les sables mouvants et il est impossible de s’y noyer.

 

Mais alors quel est le danger ?

 

Pourquoi alors cette croyance populaire, alimentée par de nombreux romans et films, de personnes mortes englouties dans ces pièges ? Cette légende doit sans doute venir du fait que les sables mouvants sont généralement dans des zones recouvertes à marée haute et que nombre de personnes sont mortes noyées non pas dans les sables mouvants mais par la mer montante lorsqu’ils étaient pris dans les sables mouvants.

 

Le corps s’enfoncera donc jusqu’à un certain point emportant avec lui le sable et l’argile qui formaient précédemment la structure. Le sable et l’argile se tasseront ainsi aux pieds de l’homme formant un mélange compact et agissant en quelque sorte comme du ciment. Cela empêchera l’homme de dégager ses membres (il faut en effet selon les cas environ la force nécessaire à soulever une voiture pour tirer une personne hors du sable mouvant) et pourra même causer une nécrose après plusieurs heures passées bloqué dans les sables mouvants. Car la pression exercée sur le membre empêchera une bonne oxygénation des cellules.

 

Cependant l’homme n’est pas complétement condamné dans cette situation. En effet il est encore possible d’effectuer des petits mouvements de rotation du membre à libérer (un seul membre à la fois pour limiter la liquéfaction des sables mouvants). Ces mouvements permettent à l’eau de s’infiltrer entre le membre et le sable, et de là entre les grains pour réduire la viscosité du milieu et pouvoir s’en sortir.

 

Pour conclure :

Lorsqu’une personne est prise dans une zone de sables mouvants humides, elle doit tout d’abord ne pas se débattre ou effectuer de mouvements brusques pour ne pas liquéfier davantage le milieu. Cette liquéfaction est due au caractère non newtonien du fluide. Il faut ensuite qu’elle s’allonge pour avoir une plus grande surface de contact et donc diminuer la pression sur le milieu. Cependant si la personne est déjà trop enfoncée pour s’allonger et que ses membres sont pris dans du sable beaucoup plus compact, elle doit alors effectuer de petits mouvements pour remettre de l’eau entre les grains de sable et pouvoir se dégager. Ce phénomène n’a quant à lui pas un grand rapport avec les fluides non newtoniens car la composition du milieu change (ajout d’eau)  Le fait que la viscosité diminue lorsqu’on ajoute de l’eau est un phénomène tout à fait newtonien !!

→ Ainsi le caractère non newtonien des sables mouvant les fait se fluidifier lorsque l’on se débat, mais ce n’est pas lui qui intervient lorsque l’on dégage un membre pris dans le mélange de sable et d’argile compact.

 

 

Liquéfaction des sols (pendant les tremblements de terre)

 

Cette réaction thixotrope de certains sols à dominance sableuse et saturés en eau peut provoquer la liquéfaction de ces sols lors de séismes.

En effet, les ondes sismiques, qui font vibrer le sol agissent de la même façon que la personne prisonnière des sables mouvants qui se débat, et font s’écrouler les structures de sable qui rendaient le sol solide. Il devient alors fluide, et le principe de la poussée d’Archimède s’applique. Cela a deux répercussions :

Tout objet plus dense que le fluide posé dessus s’y enfonce, c’est ainsi que l’on a vu des voitures ou même des immeubles s’enfoncer dans le sol, comme le montrent ces images.

 

ImmeubleImmeublesVoiture

Sources : http://images.google.fr/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fwww.dinosoria.com%2Fclimatique%2Fsei_enig_003.jpg&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.dinosoria.com%2Fseisme.htm&h=400&w=542&tbnid=L9j0rmNEn3cmRM%3A&docid=6mZw5WmVVemn_M&ei=xQKpVtblKcG2Osf9rJAN&tbm=isch&iact=rc&uact=3&dur=1000&page=1&start=0&ndsp=10&ved=0ahUKEwiW3LO0xsrKAhVBmw4KHcc-C9IQrQMIKjAD

http://images.google.fr/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fwww.planat.ch%2Fuploads%2Fpics%2Fp0026_18.jpg&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.planat.ch%2Ffr%2Fbon-a-savoir%2Ftremblement-de-terre%2Ftremblement-de-terre%2F&h=474&w=700&tbnid=FqGhpTzOfYj3QM%3A&docid=vWL2CFVB4E__ZM&ei=zQSpVoqKFoW5PJWMrKAL&tbm=isch&iact=rc&uact=3&dur=306&page=1&start=0&ndsp=9&ved=0ahUKEwjKpJqsyMrKAhWFHA8KHRUGC7QQrQMILzAF

http://images.google.fr/imgres?imgurl=https://s-media-cache-ak0.pinimg.com/736x/f3/40/b1/f340b1d4ec4afd5038cc8138d4dae5ca.jpg&imgrefurl=https://www.pinterest.com/jewdf/chch-earthquake/&h=300&w=400&tbnid=xZmxKSufFp1IsM:&tbnh=95&tbnw=127&docid=x-KNgtlwiHkaaM&hl=fr&usg=__7RGyzSvbTlaKSZiDJCauORx4wKc=&sa=X&ved=0ahUKEwjakv72yMrKAhWEaQ8KHTSkAYsQ9QEIMjAC

 

 

Cela signifie aussi que tout objet moins dense que le fluide qui se trouve habituellement sous le sol, remonte à la surface. C’est ainsi que l’on peut voir des canalisations remplies d’air remonter à la surface.

 

Cependant, il existe aussi un autre phénomène n’ayant aucun rapport avec les fluides non-newtoniens, qui peut amener à une fluidification des sols lors des séismes. Il s’agit l’infiltration d’eau contenue dans un bassin ou un lac à proximité et dont les parois peuvent être fissurées lors du séisme. Ces fissures laissent alors remonter l’eau par le sol et le rendre fluide, et même parfois dans les zones bétonnées, sortir par les interstices de la chaussée, comme on le voit dans cette vidéo :

 

 

 

 Découvrez les propriétés non-newtoniennes du sang.

 

 

Sources :

Pour cette page nous n'avons pas trouvé de sources scientifiques techniques mais regroupé et comparé de nombreuses sources notamment un témoignage de quelqu'un s'étant enfoncé dans des sables mouvants, et de nombreux TPE où certaines informations étaient fausses, mais qui ont quand même permis d'orienter nos recherches.

 

Les sables mouvants :

https://www.youtube.com/watch?v=xyzVCTxSg0c (c’est pas sorcier où Fred est pris dans les sables mouvants accidentellement puis témoigne des différentes étapes de l'enlissement (passage à partir de 8 :20 min jusqu'à 10 :00 min))

https://fr.wikipedia.org/wiki/Sable_mouvant (wikipédia)

http://www.ens.fr/IMG/file/ens-infos/ENS_INFO_75_Triller.pdf ( article peu développé de l'hebdo de l'école normale supérieur)

http://frederic.duflo.free.fr/index.html (TPE sur les sable mouvant bien fait  +  bibliographie très complète)

https://sites.google.com/site/tpelessablesmouvants/differentscomportement (TPE)

http://sables-mouvants.e-monsite.com (TPE décrivant 3 types sables mouvant)

http://tpe-sable-mouvant.blogspot.fr/ (TPE)

http://www.linternaute.com/science/environnement/est-ce-que/06/sables-mouvants/sables-mouvants.shtml (article sur "Peut-on se noyer dans les sables mouvants?")