La dilatance

Les matériaux granulaires sont à l'origine de phénomènes qui défient notre intuition naturelle. Marchez sur le sable mouillé à marée basse, vous constaterez que le sable autour du pied semble s’assécher. Étonnant !

C’est le principe de « dilatance » énoncé par Osborne Reynolds à la fin du 19e siècle.

Le sable au repos est composé de grains hétérogènes mais aussi d’espace vides entre les grains. Le volume du sable est donc la somme des volumes de grains et des volumes de vide entre les grains.

Avec le flux et le reflux de la mer sur le sable, les grains ont été déplacés régulièrement afin d’obtenir un état le plus compact possible. Le volume vide entre les grains est donc réduit au minimum et celui-ci est totalement remplit par l’eau de mer présente dans le sable mouillé à marée basse.

En marchant sur le sable, on force les grains à bouger les uns par rapport aux autres. Ils sont donc obligés de s‘écarter et le volume total du sable augmente légèrement. De plus grands espaces vides apparaissent entre les grains et provoque un mouvement de succion d’eau autour du pied qui descend de quelques centimètres en profondeur donnant l’illusion d’un assèchement autour de votre pied.

Faites-le vous-même

Vous pourrez constater vous-même le phénomène cet été ou bien réaliser une expérience simple :

1. Prenez une poche plastique assez rigide et transparente avec un bouchon comme celles que l’on peut utiliser pour boire lors d’une randonnée.

2. Remplissez-la de sable en tassant régulièrement afin de mettre le maximum de sable dans la poche. Pour cela n’hésitez pas à taper le fond de la poche sur le sol.

3. Remplissez doucement la poche avec de l’eau à ras bord.

4. Pressez doucement la poche sur le côté et vous devriez voir le niveau d’eau baisser légèrement si votre expérience est bien réalisée !

La compaction de milieux granulaires est très importante dans de nombreux domaines industriels et techniques afin de minimiser les espace vides.

Ainsi le maçon frappe ou vibre les coffrages de béton afin de réduire au maximum les espaces entre les grains de sable et de gravier.

Illustration : Olivier Morand – Centre-Sciences