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Principe
Lors d’une analyse granulométrique, la méthode par tamisage n’est plus adaptée pour les particules les plus fines d’un sol (inférieur à 80 µm). C’est pourquoi on peut combiner à la granulométrie par tamisage une granulométrie par sédimentation. Le but de cet essai est de déduire la distribution granulométrique des particules très fines en mesurant leur vitesse de décantation.
Mode opératoire
La première étape de l’essai consiste à préparer une suspension composée de 80g du matériau que l’on a au préalable tamisé à sec à 80µm, 60mL d’un défloculant comme l’hexamétaphosphate de sodium, et 440mL d’eau déminéralisé. Cette suspension doit être laisser au repos pendant 24 heures. Il faut ensuite mélanger la suspension à 10 000 tr/min pendant 15min. On peut alors verser la suspension mélangée dans une éprouvette graduée et rajouter de l’eau déminéralisé jusqu’à atteindre 2L. Après avoir agité la suspension dans l’éprouvette on mesure la densité en fonction du temps de sédimentation à l’aide d’un densimètre. Les prises de mesures sont réalisées pour les temps de sédimentation suivants : 30s, 1min, 2min, 5min, 10min, 20min, 40min, 80min, 4h, et 24h.
Éprouvette de 2L avec la suspension, lecture du densimètre, densimètre hors eau
Interprétation
Comme expliqué précédemment, les particules fines vont sédimenter à différentes vitesses en fonction de leur diamètres respectifs. Pour déduire ces diamètres équivalents, on utilise la loi de Stokes (énoncé par le physicien George Gabriel Stokes en 1851) :
Vs (cm/s) représente la vitesse de sédimentation
D (cm) représente le diamètre des grains
g (cm/s²) représente l’accélération de la pesanteur
(g/cm3) représente la différence de densité entre la particule et le fluide
µ (dyne.s.cm-2) représente la viscosité du fluide
On peut alors transformer la loi de la manière suivante où la vitesse de sédimentation Vs devient le temps écoulé depuis le début de l’essai t (s). On rajoute également la profondeur effective du centre de poussée H (m) qui est un paramètre relatif au densimètre :
On a donc l’accélération de la pesanteur g et la densité des particules ρgrain qui sont des constantes. La viscosité µ et la densité de l’eau ρeau vont très faiblement varier en fonction de la température de la suspension. Finalement, c’est principalement le temps de sédimentation cumulé et la lecture du densimètre qui vont faire varier le diamètre équivalent des particules fines.
Voici un exemple des résultats obtenu lors d’un essai de granulométrie par sédimentation. Comme on peut le voir, il est nécessaire de calculer un pourcentage cumulés sur le fraction 0/80µm qui va principalement dépendre de la masse volumique de la suspension, soit de la lecture du densimètre.
Pour simplifier la lecture des résultats, on peut tracer un courbe représentant le pourcentage de passant cumulé en fonction du diamètre des grains (courbe de gauche sur l’image). On peut également intégrer cette courbe au pourcentage de passant cumulé sur la fraction 0/50mm qui va alors représenter la granulométrie complète d’un échantillon (courbe de droite).
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