Les sables mouvants
En quoi les sables mouvants constituent-ils un danger pour l'Homme ?
Déjà, un sable mouvant, comment ça fonctionne ?
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Lorsqu'un sable mouvant n'est soumis qu'à son propre poids, le sable mouvant est tenu en équilibre par des macromolécules d'argiles.
Cet équilibre est très fragile. 1
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Lorsqu'un individu marche dessus, cette structure en équilibre précaire s'effondre; la structure argileuse, auparavant en surface s'éffondre et l'eau remonte à la surface. 2
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Les grains de sable désormais libres descendent, emprisonnant les pieds de l'individu dans un milieu extrêmement dense composé alors à 80% de sable. 3
Science et Vie Junior n°195
La constitution d’un sable mouvant entraîne l'augmentation de la viscosité de celui-ci au cours du temps. Ensuite, la surface sèche, mais lorsque cette dernière est soumise à une trop forte pression, comme le poids d'un individu, la surface craque et le sable mouvant retrouve sa faible viscosité. C'est un phénomène de type thixotropie, comme celui de la baie du Mont Saint Michel.
Des physiciens ont étudié l'enfoncement d'un individu dans ce type de sable mouvant. Pour réaliser ce sable mouvant ils ont créé un mélange de 10% d'argile et de 40% de sable et 50% d'eau salée. D'après cette expérience, les physiciens ont constaté qu'il suffisait une augmentation de seulement 1% de l'agitation de ce fluide pour entraîner une diminution de la viscosité. Donc, un cisaillement, c'est-à-dire une percée de la couche, suffit à engendrer une liquéfaction du sable mouvant et donc un enfoncement des corps en surface. Après cette étape de liquéfaction, la viscosité des sables mouvants augmente au cours du temps, car il y a eu une séparation entre une partie riche en sable, qui agit comme un ciment, et une partie riche en eau. Le corps se maintiendra immobilisé grâce à l'augmentation de la viscosité.
Et la poussée d'Archimède dans tout ça ?
Principe de l’inertie : Dans un référentiel terrestre, un système soumis à un ensemble de forces qui se compensent est à l’équilibre ou animé d’un mouvement rectiligne uniforme. La condition d’équilibre est atteinte, c’est pour cela que nous ne nous enfonçons pas plus.
Archimède était un grand scientifique, physicien, mathématicien, ingénieur grec qui a vécu au IIIème siècle avant J-C (287 av. J-C à 212 av. J-C). Il a découvert le principe des corps flottants: la poussée d'Archimède.
La poussée d'Archimède apparaît lorsqu'un corps est plongé dans un fluide. C'est une force de direction verticale de sens opposé au poids du corps. Cette force repousse le corps vers la surface du fluide. Elle intervient dans les sables mouvants qui se comportent comme un liquide quand nous nous y enfonçons.
C'est cette force qui fait flotter un objet, ou qui le fait paraître moins lourd dans l'eau quand il ne flotte pas.
Cette poussée ou force est égale au poids du volume du fluide situé au- dessous de la surface (pour un objet qui en dépasse). Elle provient de l'augmentation de la pression du fluide avec la profondeur: la pression étant plus forte sur la partie inférieure de l'objet immergé que sur sa partie supérieure, il en résulte cette poussée d'Archimède.
Le corps humain (et animal) a une densité aussi forte que l'eau, égale à 1 ( l'eau salée a une densité plus forte que l'eau douce, il est donc plus facile de flotter sur de l'eau salée que sur de l'eau douce ). Un sable mouvant a une densité d’environ 1.85.
Π: poussée d’Archimède en Newton(N)
ρ : masse volumique du sable en kg/m3
V : volume de fluide déplacé
g : intensité de la pesanteur en 9.81 N/kg
Le poids , exprimé en Newton, est la force d’attraction exercée par la Terre sur un corps. Cette force s'applique au centre de gravité du corps et sa direction est verticale. Lorsque le poids est en interaction avec la poussée d'Archimède, sa valeur est opposée à celle de la poussée d’Archimède. Quand la somme des 2 valeurs est égale à 0 alors le corps est en équilibre et ne peut plus ni s'enfoncer ni remonter à la surface.
Expression littérale: P=m x g
P : poids en Newton (N)
m : masse en kilogramme (kg)
g : intensité de la pesanteur (sur terre 9.81 N/Kg)
Une fois les conditions précédentes respectées, la poussée d'Archimède Π est donnée par la formule suivante :
Π=ρ x V x g
Où dans notre situation, ρ représente la densité du sable et V le volume de sable déplacé ou le volume de l'homme immergé.
Π=ρ(sable mouvant) × V(fluide déplacé) × g = ρ(sable mouvant) × V(homme immergé) × g
P=m x g=ρ(homme) x V(total) x g
A l’équilibre, Π=P
Ainsi, ρ(homme) × V(total) × g=ρ(sable) × V(immergé) × g
En simplifiant par g , ρ(homme) × V(total)=ρ(sable) × V(immergé )
V(total / V(immergé) = ρ(sable) / ρ(homme) = 1.85/ 1=1.85
Ainsi V(immergé)=V(total) / 1.85=0.54 V(total )
Ce qui nous montre alors, que seulement 54 % du volume du corps humain, environ, est immergé dans les sables mouvants.
La force F1, lorsque ce corps est immergé, est plus importante que la force G exercée sur le corps par la Terre: il monte jusqu'au moment où ces deux forces ont la même intensité, elles s'annulent lorsque F2 = G; et le corps flotte. Notez que la force G peut être plus forte que F1, le corps ne monte pas, il a seulement un poids apparent plus faible que son poids réel G.
Si vous vous retrouvez dans des sables mouvants, lâchez tout. Parce que votre corps est moins dense que les sables mouvants, vous ne pouvez pas vous noyer, à moins que vous paniquiez et que vous vous débattiez trop (ce qui liquéfierait davantage les sables mouvants) ou si quelque chose de lourd vous fait couler. Si vous marchez dans les sables mouvants et que vous avez un sac à dos ou que vous portez quelque chose de lourd, retirez votre sac à dos sur-le-champ ou lâchez ce que vous portez ,et si possible les chaussures.
Détendez-vous. Généralement, les sables mouvants ne font qu'un mètre voire deux de profondeur, mais si vous en rencontrez des particulièrement profonds, vous pourriez être avalé très rapidement jusqu'à la taille ou la poitrine. Si vous paniquez, cela peut aller plus loin, mais si vous vous détendez, votre corps pourra flotter.
Prenez de grandes inspirations. Respirer profondément vous aidera à rester calme, mais aussi à flotter. Essayez de garder autant d'air que possible dans vos poumons. Il est impossible de « couler » si vos poumons sont remplis d'air.
Mettez-vous sur le dos. Si les sables mouvants vous arrivent aux hanches ou plus haut, penchez-vous en arrière. Plus vous répartissez votre poids, moins vous vous enliserez. Flottez sur le dos et extirpez lentement et prudemment vos jambes. Une fois que vos jambes sont libres, vous pouvez avancer petit à petit jusqu'à un sol sécurisant à la force de vos bras en vous propulsant lentement et en douceur. Si vous êtes près du bord des sables mouvants, vous pouvez rouler jusqu'à la terre ferme.
Prenez votre temps. Si vous êtes coincé dans des sables mouvants, faire des mouvants frénétiques ne ferait que jouer en votre défaveur. Quoi que vous fassiez, faites-le lentement. Les mouvements lents vous empêcheront d'agiter les sables mouvants. Les vibrations créées par les mouvements rapides peuvent transformer un sol normalement plus ferme, en sables mouvants supplémentaires.
Il existe plusieurs techniques pour extirper vos jambes des sables mouvants. Si les sables mouvants sont très compacts, vous pouvez bouger vos jambes de manière circulaire. Cela vous aidera à ajouter de l'eau dans les sables mouvants, ce qui vous permettra de retirer vos jambes plus facilement. Si les sables mouvants ne sont pas trop compacts, vous devriez pouvoir extirper vos jambes doucement, l'une après l'autre, en flottant sur le dos. Si vous tentez l'une de ces méthodes et commencez à vous enfoncer, arrêtez-vous immédiatement et restez calme. Prenez de grandes inspirations : reposez-vous et laissez-vous flotter avant d'essayer autre chose.