« distorsion » imposée à cette tranche.
2. Si le coefficient f n’est pas nul, on peut écrire La vitesse de
déformation V ne prend naissance que si la différence F – f est positive ; si F = f, la vitesse V est nulle et le reste tant que l’effort F n’atteint pas la valeur f, qui peut être très faible. Une tranche de boue horizontale peut donc prendre une certaine inclinaison sans que l’équilibre soit rompu ; au-delà de cette inclinaison, le fluage commence.
À ce moment, les liaisons rigides sont rompues, la valeur f s’annule durant le mouvement et la tranche de boue peut reprendre la forme d’une surface horizontale, ainsi que son équilibre. Par le repos, les liaisons rigides, dues à la formation spontanée d’une microréticulation intergranulaire, se reconstituent en un temps plus ou moins bref, appelé durée de raffermissement ; le liquide, rendu simplement visqueux durant le mouvement (c’est-à-dire obéissant à la formule avec V′ > V), redevient rigide dès que la position horizontale est retrouvée. Durant le fluage, d’ailleurs, l’effort F diminue au fur et à mesure que la surface se rapproche de nouveau de l’horizontalité ; la vitesse V′ diminue proportionnellement à l’effort F, et, quand, de nouveau, l’horizontalité est acquise, les deux quantités F et V′ s’annulent ; la valeur F se reconstitue ensuite. Cette propriété de réversibilité entre deux états, fluidification par le mouvement et rigidification par le repos, qui peut se répéter un nombre indéterminé de fois, est dénommée thixotropie. Elle est, en fait, une propriété colloïdale ; c’est la faculté de passage d’un sol (solution à l’état fluide) à un gel (solution à l’état rigide). Les sols, ou solutions colloï-
dales, sont des dispersions d’éléments très fins, ou micelles, de dimensions variables, mais comprises entre 0,2 et 0,02 μ.
Les émulsions sont comparables, par leurs propriétés, aux sols colloïdaux, mais avec des grosseurs de particules
plus fortes (de 0,5 à 5 μ). Elles peuvent être constituées par des dispersions stabilisées soit de globules d’un liquide non miscible au liquide aqueux dispersant, soit de particules solides de dimensions analogues à celles des globules. Les émulsions, qu’il s’agisse de globules liquides ou de fines particules solides, sont maintenues à l’état de liquides stables grâce à des substances appelées émulsifs, qui sont adsorbées en couche monomoléculaire à la surface des micrograins ou des microglobules dispersés, mais qui ne les empêchent de se souder et de se réticuler que durant un temps plus ou moins long. En fait, les émulsions acquièrent une très légère rigidité par le repos ; elles se trouvent donc plus ou moins gélifiées, état de transition qui aboutit finalement à la rupture de l’état émulsifié, c’est-à-
dire à la floculation des éléments ; c’est un phénomène tout à fait comparable à la floculation des colloïdes, la floculation étant caractérisée par la séparation totale des phases dispersantes et downloadModeText.vue.download 3 sur 573
La Grande Encyclopédie Larousse - Vol. 4
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dispersées, opérée brutalement, avec extériorisation de ces phases, tandis que la gélification, ou formation d’un gel, est une séparation partielle, plus ou moins complète, des deux phases, qui, toutefois, ne s’extériorisent pas, mais demeurent étroitement mêlées. Un facteur qui joue un rôle essentiel dans les ruptures d’équilibre, telles que la floculation, est le mouvement brownien, dû au bombardement des particules dispersées par les molécules du liquide dispersant, sujettes à l’agitation molé-
culaire, en relation avec la température.
Le mouvement brownien est sensible dans les émulsions dont la dimension des particules est fine, c’est-à-dire ne dépassant pas 1 μ. Il est intense quand les particules ont une dimension infé-
rieure à 0,5 μ ; comparée à la vitesse de sédimentation ou de « crémage », selon la densité de la phase dispersée par rapport à la densité du milieu dispersant, dans le cas où les grains sont très petits ou dans le cas où la différence de densité des deux phases est faible, la vitesse des particules dans le mouvement
brownien est beaucoup plus forte que celle du mouvement continu de chute ou de remontée.
Une particule solide de 1 μ, en suspension dans l’eau, et animée d’un mouvement brownien, a une vitesse moyenne de 3 μ/s, soit cinquante fois plus grande que la vitesse de chute ou de remontée due à l’action de la pesanteur. On pourrait donc penser qu’il serait impossible, en raison du mouvement brownien, d’obtenir la décantation, par sédimentation ou crémage, des particules dont les dimensions sont inférieures à 0,5 μ, au sein de dispersions stables ou stabilisées. Mais un autre phénomène intervient pour grossir les particules et accroître, de ce fait, la vitesse de décantation, due à la loi de Stokes, vitesse qui croît comme le carré des diamètres des particules.
Ce phénomène est celui de la coalescence : il arrive que deux particules se rencontrent de plein fouet, et, sous le choc, les répulsions d’ordre électrostatique ne peuvent suffire à empêcher le contact direct entre ces deux grains, qui se soudent par affinité.
Les éléments stabilisant les dispersions sont le plus souvent soit des savons, soit des éléments résineux ou, dans les boues en particulier, des substances organiques colloïdales (protéines, gommes, albumines, caséines, etc.) mêlées à des microorganismes vivants, qui les attaquent et qui, grâce aux déchets produits, peuvent poursuivre le même rôle que les émulsifs primitifs.
Les propriétés des dispersions fines et stables dans l’eau (gélification, floculation, thixotropie, sédimentation, crémage, coalescence) sont applicables à la plupart des boues, dont certaines sont utilisées industriellement, notamment les boues de forage en matière de recherches pétrolières et les boues activées dans les techniques d’assainis-sement des eaux usées.
Boues de forage
Ces boues sont utilisées dans la technique de creusement des puits de pé-
trole. Il s’agit de boues à la fois très fines et très denses et en outre stables qui jouent un double rôle. Au niveau
le plus bas du forage, elles lubrifient le trépan et l’empêchent de s’échauffer dangereusement durant le percement des roches dures. Elles s’opposent aussi au phénomène d’abrasion par les éléments fins provenant des roches usées, qui mettraient rapidement le trépan hors d’usage en émoussant son tranchant. Mais leur rôle essentiel est de s’opposer aux éboulements. Elles se comportent en effet comme un élé-
ment qui fait corps avec la paroi, sans risquer de détremper et de ramollir celle-ci, tout en la contre-butant. Ce rôle est d’autant mieux assuré que la boue est plus rigide et plus dense. Ces sujétions conduisent à réaliser la pré-
paration de boues stabilisées avec des éléments ultra-fins, à très forte densité de grains en suspension. De telles boues doivent être essentiellement thixotropiques, leur thixotropie étant caractérisée par un temps de raffermissement aussi court que possible, ce qui facilite leur rôle de contre-butée en s’opposant aux éboulements dans les parties « calmes », nettement au-dessus de la zone d’attaque du trépan. D’autre part, l’injection de boue dans le trou de forage facilite l’extraction des dé-
blais et permet, même pour des forages très profonds, de ne faire suivre le tu-bage qu’après achèvement du trou de sonde ; la pression du courant liquide qui s’oppose aux déformations et aux affaissements des parois du forage en assure la stabilité. Dans le cas d’un forage cylindrique, la boue de forage n’a guère, d’ailleurs, à résister, sur le péri-mètre, qu’à des contraintes modérées, la pression du sol en place, qui s’exerce sur la circonférence d’un trou cylindrique, ayant pour effet de former un anneau pratiquement incompressible.