Sédiment
Un sédiment est un ensemble de particules en suspension dans l'eau, l'atmosphère ou la glace et qui a fini par se déposer sous l'effet de la pesanteur, souvent en couches ou strates successives. Un sédiment est caractérisé par sa nature (composition physicochimique), son origine, sa granulométrie<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>, les espèces qu'il contient et son éventuelle toxicité… La consolidation des sédiments est à l'origine de la formation des couches sédimentaires rocheuses aux structures variées.
La sédimentation désigne l'ensemble des processus conduisant à la formation de sédiments. Elle se forme à basse température à la surface du globe, soit par déposition des produits d'érosion (par exemple le sable, l'argile), soit par précipitation (par exemple les évaporites), soit par accumulation au fond des océans des débris minéraux des animaux ou plantes mortes (par exemple la craie, la diatomite), soit par d'autres processus froids.
Enjeux
Les sédiments constituent en tant qu'écotone roche-mère/eau un habitat colonisé par des espèces spécifiques (fouisseuses) qui y jouent un rôle majeur (épuration, aération, fermentation, bioturbation). Cette écotone possède un rôle de puits de carbone. Quand il est fin et riche en matière organique il consomme de l'oxygène<ref>Modèle:Article.</ref> et devient anoxique.
Il peut néanmoins être aérée par des vers ou animaux fouisseurs.
Le sédiment, autrefois parfois utilisé comme engrais ou amendement (le limon fertile du Nil…) abrite parfois des espèces pathogènes (souvent anaérobies), et aujourd'hui des polluants plus ou moins toxiques et persistants<ref>Modèle:Article.</ref>, pas ou peu ou lentement biodégradables selon les cas, éventuellement radioactifs ou mutagènes ou génotoxiques<ref>Modèle:Article.</ref>. Il participe néanmoins aussi à la qualité de l'eau des nappes phréatiques en jouant un rôle de tampon ou de « filtre »<ref name="Ferry92">Modèle:Ouvrage.</ref> Modèle:Citation<ref name="Ferry92" /> (dont une partie peut toutefois être emportée vers la mer ou d'autres parties du bassin-versant lors des grandes crues).
Des enjeux écoépidémiologiques et de santé environnementale sont posés par la contamination de la faune qui vit dans les sédiments ou par la remise en suspension de sédiments contaminés, y compris par des polluants actifs à très faibles doses comme les perturbateurs endocriniens<ref>Modèle:Article.</ref>. Ces polluants compliquent la gestion de certains sédiments qui peuvent accumuler des polluants physiques, organiques ou organométalliques plus ou moins dégradables, des métaux toxiques non dégradables et des radionucléides artificiels et/ou naturels, jusque dans les lacs d'altitude qui recueillent les polluants aéroportés et déposés via les neiges, les pluies et les dépôts secs<ref>Modèle:Article.</ref>. Depuis le début de la période industrielle, l'acidification des eaux météoritique et de certains lacs et cours d'eau a aussi modifié la composition des sédiments [dès les lacs de montagne, y augmentant les teneurs en certains éléments tels que le Manganèse (Mn), le zinc (Zn), le plomb (Pb) et le potassium (K), et en diminuant leur teneur en magnésium (Mg).
La sédimentation dans les ports pose problème depuis leur existence<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>. Avec l'aggravation de l'érosion des sols labourés et cultivés ou désertifiés et salinisés, les sédiments encombrent les ports fluviaux et estuariens ou maritimes. Leur gestion coûte de plus en plus cher aux autorités portuaires et aux gestionnaires des canaux, ainsi que pour les collectivités riveraines de cours d'eau. Un des enjeux pour celles-ci est d'améliorer leur gestion par des voies de valorisation<ref name="journee_CFMS_2008">Modèle:Ouvrage.</ref>.
Types de sédimentation
On distingue la sédimentation marine (littorale ou côtière, océanique, bathyale, abyssale, etc.), la sédimentation lagunaire (dans des zones séparées de la mer par un cordon littoral), la sédimentation continentale (éolienne, fluviatile, deltaïque, lacustre, glaciaire, etc.)<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>.
Origine et types de sédiments
- Des particules physiques, des êtres vivants et leurs excrêtats sédimentent en permanence dans les eaux douces, saumâtres et salées, ou se déposent dans les glaciers. Elles peuvent être remobilisées et transportées ailleurs.
- La sédimentation d'origine éolienne augmente avec l'aridification et la désertification. Les sédiments transportés par le vent, sont des minéraux issus de l'érosion des sols et des roches, des volcans, des embruns, des incendies.
- Les périodes de crue des rivières et des fleuves entraînent une plus grande quantité de sédiments, car les débits, plus forts, ont une plus importante force érosive et une plus grande énergie de transport. La baisse subséquente des niveaux d'eau crée souvent de vastes étendues de sol nouveau sur les plaines inondables.
La disparition ou la régression des embâcles naturels, des castors et de leurs barrages peuvent modifier les paramètres érosifs d'un bassin versant et la sédimentation en aval, de même que la canalisation d'un fleuve ou d'une rivière, ou la construction de barrages artificiels qui emprisonnent dans leurs réservoirs d'importantes quantités de sédiments et parfois de polluants. - L'érosion des sols dégradés par l'agriculture et le lessivage des sols urbains sont une source croissante de sédiments dans les canaux. À titre d'exemple, dans le réseau Nord/Pas de Calais, l'établissement public Voies navigables de France (VNF) estimait<ref name="SDRTP">Modèle:Ouvrage.</ref> en 2007 que l'érosion des bassins versants était responsable de l'apport de Modèle:Unité de sédiments par an (à raison de Modèle:Unité/2 dans les eaux de ruissellement urbain<ref name="SDRTP"/>, de Modèle:Unité/ha pour les eaux de ruissellement agricole<ref name="SDRTP"/>, les apports en sédiments étant nuls ou négligeables<ref name="SDRTP"/> dans les zones boisées ou prairiales, qui au contraire captent une grande partie des particules en suspension de l'eau qui réapparaît limpide en aval dans les sources. Ces sédiments (souvent pollués) doivent être curés et stockés à grands frais dans des terrains de dépôt. Dans cette seule région, et rien que pour les canaux, VNF a identifié (chiffres 2007) Modèle:Unité de rejets directs. Selon la DRIRE, les industriels de cette région suivis par la DRIRE rejetaient dans les cours d'eau environ Modèle:Unité/anModèle:Sfn. Le volume des sédiments que VNF prévoit devoir extraire entre 2007 et 2027 est d'environ 8,5 millions de m3, venant à 80 % du réseau magistral (grands et principaux canaux)Modèle:Sfn.
- Les dunes et le lœss sont des résultats d'un transport sédimentaire éolien.
- Les moraines et tills sont des dépôts de sédiments ayant été transportés par la glace. Les effondrements gravitaires créent aussi des sédiments comme les talus et les glissements ainsi que les éléments de karstologie.
- Les lacs, deltas, mers et océans accumulent des sédiments pendant de longues périodes (transgression marine). Le matériau peut être terrigène (venant des terres) ou marin (dont l'origine est marine). Les sédiments déposés sont la source de roches sédimentaires qui peuvent contenir des fossiles des habitants de ce volume d'eau jadis recouvert par les couches de sédiments. Leur carottage permet de connaître l'évolution du climat.
Transport de sédiments
Cours d'eau
Lorsqu'un fluide comme l'eau coule, il peut se charger de particules en suspension. En milieu calme, la vitesse verticale de sédimentation est la vitesse maximale, ou limite, de chute d'une particule. Elle est donnée par la loi de Stokes :
<math display=block>w=\frac{(\rho_p-\rho_f)gr^2}{4.5\mu}</math>
où w est la vitesse limite verticale de sédimentation, ρ est la masse volumique (les indices p et f indiquent respectivement particule et fluide), g est l'accélération due à la gravité, r est le rayon de la particule et μ est la viscosité dynamique du fluide.
Si la vitesse de l'écoulement est plus grande que celle de dépôt, le granulat continue vers l'aval. Comme il y a toujours des diamètres différents dans le flot, les plus gros se déposent (décantation) tout en pouvant continuer à descendre par des mécanismes comme la saltation (collisions particules-paroi, par roulement ou glissement, dont les traces sont souvent conservées dans les rochers solides) et peuvent être utilisées pour estimer la vitesse du courant.
Dans les cours d'eau à pente plus importante, des sédiments plus grossiers peuvent être transportés. En montagne, le diamètre de plus grosses particules rocheuses transportées peut atteindre plusieurs dizaines de centimètres. Lorsque ce transport de sédiments survient lors d'une crue, on assiste à un événement de charriage.
Sédiments pollués
En aval des zones habitées, cultivées et/ou industrialisées, les sédiments des fleuves, des canaux, des gares d'eau, des estuaires et des littoraux ainsi que de certains lacs sont souvent très pollués. La pollution peut être ancienne (issue de mines médiévales ou antiques de métaux par exemple) et/ou récentes. On parle parfois de « pollution de stock », qui peut (re)devenir une « pollution de flux » en période de crue, ou à la suite d'une méandrisation du cours d'eau ou à la suite de travaux contribuant directement ou indirectement (modification des courants) à leur remise en suspension. Modèle:Article connexe Des sédiments peuvent aussi avoir été pollués directement par le rejet volontaire ou involontaire de déchets, et notamment en mer Baltique et sur le littoral français ou dans certains lacs par l'immersion volontaire de munitions, d'explosifs et de déchets divers. Le long des canaux, des dépôts de boues de curages peuvent parfois constituer des points de relargage de pollution.
Des valeurs guides ont été établies pour permettre une gestion plus sécurisée des sédiments pollués<ref>Clozel B., Leloup and Ph. Freyssinet (2003) « Valeurs guides intervenant dans la gestion des sédiments et méthodologie d’élaboration de ces valeurs », synthèse bibliographique, Paris</ref>.
Lits fluviaux
N'importe quelle particule dont le diamètre est approximativement plus grand que Modèle:Unité/2 formera des composants topographiques visibles et sculptés dans le lit du cours d'eau.
Environnements dépositaires principaux
Les principaux environnements dépositaires sont :
- delta ;
- terrasse alluviale ;
- éventail alluvial ;
- méandres et rivière en tresses ;
- lac de bras mort ;
- levée ;
- bassin sédimentaire.
Côtes et mers peu profondes
Le second environnement principal où le sédiment peut être en suspension dans un fluide est dans les mers et océans. Il peut venir des cours d'eau comme précédemment. Au milieu de l'océan, ce sont les organismes vivants qui sont principalement responsables de l'accumulation de sédiments, car leur coquille coule sur le fond de l'océan après leur mort et s'y fossilise. Ils forment des couches de calcaires et, par fermentation anaérobie, les hydrates de méthane. Enfouis durant des millions d'années, ces sédiments organiques sont graduellement transformés en combustibles fossiles tels que le gaz naturel ou le pétrole, selon la durée d'enfouissement et l'environnement des couches organiques.
Formes du lit marin
La forme du lit marin est influencée par la marée.
Les contre-écoulements
La chute de particules dans un liquide provoque des contre-écoulements opposés à leur descente. Ces contre-écoulements ont pour effet de ralentir la descente des particules situées au-dessus et ralentissent la sédimentation.
Pour mettre en évidence ce phénomène, une expérience de sédimentation dans un tube peut facilement être réalisée (voir l'effet Boycott).
En France
Ce sont environ en moyenne Modèle:Unité de sédiments (dont environ Modèle:Unité provenant des canaux domaniaux, de gares d'eau ou de rivières domaniales) qui sont extraits, essentiellement directement dans les Modèle:Unité de cours d’eau (dont un peu plus de Modèle:Unité domaniaux) lors de leur entretien courant. Ces sédiments sont presque toujours pollués<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>.
Les sédiments portuaires, parmi les plus pollués sont suivis par un réseau dédié<ref>Réseau de surveillance de la qualité des eaux et sédiments des ports maritimes (Repom)</ref>. Ces données sont entrées depuis 2009 dans la Base de données Quadrige et depuis 2014 sous l'égide de direction technique eau, mer et fleuves du Cerema.
Le Grenelle de la mer et les sédiments
Le comité opérationnel (ComOp) « sédiments de dragage » du Grenelle de la mer<ref name="GrenelleMer11">Comité opérationnel n°11, Modèle:Lien web.</ref>, dans son rapport rendu en Modèle:Date-, note que la loi peut limiter l’immersion de sédiments très toxiques, mais non l'interdire tout à fait Modèle:Citation (principe de la Convention sur la prévention de la pollution des mers résultant de l'immersion de déchets).
Il a conclu que si le dragage n'engendrait pas en soi une contamination des sédiments, il induit néanmoins « une remobilisation de particules polluées par des flux provenant du bassin-versant ». Il faut donc Modèle:Citation<ref name="GrenelleMer11" />.
Chaire industrielle de recherche sur les sédiments
Acteur dans des projets nationaux de valorisation des sédiments dragués dans l’activité des travaux publics routiers, l'école d'ingénieur Mines Douai a créé en Modèle:Date- une chaire industrielle sur la valorisation des sédiments, en partenariat avec des acteurs industriels, portuaires et bureaux d'ingénierie<ref>Modèle:Lien brisé, chaine vidéo Mines Douai</ref>. L'objectif de cette chaire, baptisée ECOSED pour ECOnomie circulaire des SEDiments, est de créer une dynamique scientifique, technologique et partenariale autour de la gestion des sédiments portuaires et fluviaux en vue de les recycler en technique routière ou en produits en béton<ref>Mines Douai crée une chaire industrielle de recherche sur les sédiments</ref>,<ref>Modèle:Article.</ref>,<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
Notes et références
Voir aussi
Articles connexes
Guide de bonnes pratiques, recommandations
- Modèle:Ouvrage.
- Guides techniques sur la valorisation des sédiments de dragage/curage en techniques routière, aménagement paysager et dans le béton, développés dans le cadre de la démarche Sédimatériaux.Modèle:Commentaire biblio
Bibliographie
- Modèle:Article.
- Modèle:Ouvrage.
- Modèle:Ouvrage
- Modèle:Chapitre
- Modèle:Ouvrage.
- Modèle:Lien web
- Modèle:Article. Pdf à télécharger.
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