Question du mardi 15 janvier 2019

Pourquoi ne nous enfonçons-nous pas toujours dans le sable ?

Réponses

1 Cela dépend de notre poids

2 Cela dépend du taux de compaction du milieu granulaire

3 Cela dépend de la température et du taux d’humidité du sable

La bonne réponse est : Cela dépend du taux de compaction du milieu granulaire.

Image © J. J. S. Jerome, N. Vandenberghe, Y. Forterre

Vous vous êtes sûrement déjà promené sur la plage en vous demandant s’il était possible de vous enfoncer comme dans des sables mouvants. Même s’il est dur de faire un footing sur le sable au rythme des vagues (ça fait mal aux mollets !), il est toutefois très rare de s’y enfoncer.

Le sable est un milieu granulaire, constitué d’un ensemble de grains solides, secs ou baignant dans un liquide. Lorsque l’on lâche un objet au-dessus d’un milieu formé de grains baignant dans un liquide – tel que les grains de sable sur une plage, celui-ci peut soit s’y enfoncer, soit être stoppé comme s’il frappait contre un mur.

Cette différence est due au taux de compaction du milieu granulaire. Lors de l’impact, le milieu va se déformer sous la pression de l’objet, ce qui va amener le liquide présent entre les grains à circuler. En cas de choc lorsque le sable est compact, les grains ne peuvent se déplacer qu’en s’écartant les uns des autres, ce qui provoque l’aspiration du liquide. Les grains sont alors plaqués entre eux et le milieu, qui devient rigide, répond au choc comme un solide. Inversement, si taux de compaction est moins élevé (4% de différence suffisent !), les grains vont se déplacer les uns par rapport aux autres de manière à se tasser et à éjecter le liquide. Ceci repousse les grains et permet à l’objet de s’enfoncer.

Ce sont de ce fait les mouvements du liquide qui permettent soit la liquéfaction soit la solidification du milieu. Moins le liquide circule entre les grains, plus le milieu va être amené à se solidifier et donc à repousser les objets.

C’est ce phénomène qui nous permet de marcher sur la plage l’esprit tranquille !

Pour en savoir plus :

Phys. Rev. Lett. 117, 098003: Unifying Impacts in Granular Matter from Quicksand to Cornstarch (J. John Soundar Jerome, Nicolas Vandenberghe, Yoël Forterre)

Pourquoi les solides ne s’enfoncent-ils pas toujours dans les grains en suspension ? (CNRS)

Comment faire un sable mouvant ? (Zeste de Science / Les séries originales du CNRS)