Sédimentation

Définition

La sédimentation est l'ensemble des processus par lesquels les particules en suspension et en transit cessent de se déplacer et se déposent, devenant ainsi des sédiments. L'environnement sédimentaire est initialement aquatique, mais peut devenir terrestre après disparition de l'eau.

Processus de sédimentation :

Deux types de sédimentation existent dans le milieu aquatique, l'une à vitesse normale (en haut) et l'autre à vitesse accélérée (en bas). La variabilité est dictée par le taux de sédimentation.

Explications

L'âge des sédiments ne dépasse pas une quarantaine de milliers d'années. Leur accumulation par diagenèse forme une roche sédimentaire, encore appelées pierres vivantes. La sédimentation est donc un processus permettant à des particules de matières ayant une densité supérieure à celle du liquide dans lequel elles sont suspendues de se déposer sous l'influence des forces de gravité, dans un liquide calme ou se déplaçant lentement.

La sédimentation est l'ensemble des étapes conduisant à la formation de sédiments. Suivant la nature du lieu où les sédiments se déposent, on distingue des sédimentations marines, des sédimentations lagunaires ou continentales. Si la zone de dépôt est de grande étendue et que les sédiments se déposent pendant une longue période, il s'agit d'un bassin sédimentaire, il est alors possible de mesurer la vitesse de sédimentations.

La sédimentation est ainsi la tendance des particules en suspension de se déposer du fluide dans lequel elles sont entraînées, et venir en appui contre un obstacle. Cela est dû à leur mouvement à travers le fluide en réponse à des forces agissant sur eux : ces forces peuvent être dues à la gravité, l'accélération centrifuge ou l'électromagnétisme.

En géologie, la sédimentation est souvent utilisée comme l'exact opposé de l'érosion, à savoir l'extrémité terminale du transport des sédiments. En ce sens, elle comprend la cessation de transport par saltation ou véritable transport de fond. Le tassement est la chute des particules en suspension dans le liquide, tandis que la sédimentation est la fin du processus de décantation.

La sédimentation peut porter sur des objets de différentes tailles, selon l'environnement de sédimentation, allant de grosses pierres dans l'eau qui coulent de suspensions de particules de poussière et de pollen, de suspensions cellulaires de solutions de simples molécules comme les protéines et les peptides. Même les petites molécules telles que l'aspirine peuvent être sédimentées, mais il peut être difficile d'appliquer une force suffisamment forte pour produire une importante sédimentation.

Le terme est généralement utilisé en géologie pour décrire le dépôt de sédiment qui se traduit par la formation de roche sédimentaire, et dans divers domaines de la chimie et de l'environnement pour décrire les mouvements de particules souvent plus petites et des molécules. Le procédé est également utilisé dans l'industrie biotechnologique pour séparer les cellules du milieu de culture.

Voir aussi une chambre de sédimentation et un système de décantation par gravité.

Taux de sédimentation

Dans les cours d'eau côtiers, les taux de sédimentation font référence à la quantité de matière (organique et minérale) déposée par l'action de l'eau sur un intervalle de temps donné. La sédimentation est mesurée en termes d'accumulation verticale dans le temps ou de densité de sédiments par unité de surface dans le temps.

Les changements dans la vitesse (en mm/an) à laquelle les estuaires se sont remplis verticalement de sédiments peuvent fournir des informations utiles sur le fonctionnement et la santé d'un estuaire. Des augmentations marquées des taux modernes de remplissage peuvent refléter une érosion accrue du bassin versant et/ou la production accrue de sédiments organiques dans l'estuaire, et indiquent que des changements brusques se sont produits dans la géomorphologie estuarienne et les habitats benthiques.

L'accumulation de masse (en g.cm²/an) de sédiments est une mesure plus précise de la sédimentation lorsqu'il y a des changements importants avec la profondeur de la densité des sédiments estuariens qui peuvent être liés au compactage ou à des changements dans la composition des sédiments.

✅ Les taux de sédimentation sont de 0,5 mm à 1 mm par millénaire dans l'océan Pacifique, de 10 mm à 25 mm par 1 000 ans dans l'océan Atlantique, des taux plus importants encore existent au voisinage des continents (20 cm à 30 cm par 1 000 ans dans la mer Baltique. Les taux de sédimentation sont évalués en datant avec précision des carottes de sédiments prélevées dans les cours d'eau côtiers.

🚩 Des taux de sédimentation accrus peuvent entraîner l'étouffement des communautés benthiques, ce qui peut affecter la façon dont les nutriments sont recyclés.

Qu'est-ce qui fait changer les taux de sédimentation ?

Certains contrôles naturels sur les taux de sédimentation subis par les cours d'eau côtiers incluent le climat (pluies, saisonnalité), la géologie, la pente (ou la topographie), la végétation et la taille du bassin versant.

Plusieurs études ont montré que les charges de sédiments livrées aux estuaires ont considérablement augmenté en réponse à l'érosion d'origine hydrique (ravins, érosion des berges/lits des cours d'eau et érosion par les nappes phréatiques) dans les bassins versants dans lesquels de vastes étendues de végétation indigène ont été défrichées et remplacées par une agriculture intensive et les zones urbaines. En conséquence, les taux de remplissage modernes dans certaines voies navigables côtières australiennes sont au moins le double de ceux enregistrés à la fin de l'Holocène. L'envasement peut être particulièrement catastrophique à la suite d'épisodes pluvieux intenses. Il a également été constaté que dans certains dans les estuaires, le taux de remplissage peut s'être encore accéléré au cours des dernières décennies par rapport au début du siècle dernier, soulignant le fait que l'augmentation de la sédimentation est un problème de gestion permanente.

Importance des vitesses de sédimentation

Les données sur le taux de sédimentation peuvent être utilisées pour déterminer si une voie navigable a été soumise à des charges sédimentaires accrues en raison de changements dans les pratiques d'utilisation des terres du bassin versant. Des taux de sédimentation accrus peuvent entraîner des changements rapides dans la forme et la fonction des voies navigables côtières.

Par exemple, dans les estuaires dominés par les vagues, la configuration des habitats change :

• à mesure que des sédiments plus grossiers remplissent les canaux et s'accumulent à proximité des exutoires des cours d'eau, provoquant une croissance rapide des deltas fluviaux et une gradation du rivage;
• comme des sédiments fins dérivés du bassin versant et également produits dans l'estuaire floculent et se déposent dans les marges de l'estuaire, formant des vasières où il peut y avoir eu autrefois du sable relativement propre;
• les modifications du fonctionnement hydrologique sont causées par une accélération marquée de la vitesse à laquelle les canaux se remplissent ou les vasières et les deltas fluviaux se transforment en estuaire. Les bassins de dépôt dans l'estuaire peuvent être remplacés par des systèmes de canaux qui relient plus directement les rivières à la côte, augmentant l'efficacité de la livraison des sédiments terrestres au milieu marin.

Les habitats peuvent être étouffés lorsque les sédiments se déposent plus rapidement que ne le tolèrent les communautés benthiques. Par exemple, la perte de zones d'herbiers et de macroalgues peut déstabiliser les sédiments du fond autrefois protégés de l'érosion éolienne et marémotrice par les capacités d'abri et de liaison des colonies de macrophytes. De tels changements constituent également des pressions sur les assemblages de poissons et le nombre d'invertébrés benthiques.

Les niveaux de turbidité et la quantité d'éléments nutritifs liés aux sédiments (par exemple, P total, N total et carbone organique total), des oligo-éléments (par exemple, Fe, Zn, Pb) et d'autres substances toxiques qui entrent dans les estuaires de leurs bassins ont également tendance à augmenter en association avec des taux accrus de sédimentation. Des charges nutritives plus importantes peuvent conduire à des périodes d'eutrophisation qui peuvent encore augmenter les taux de sédimentation car la quantité de matière organique déposée augmente également.

L'augmentation des taux de sédimentation permettent aussi de plus par la matière organique à dégrader anoxiques processus (par exemple sulfate réduction; voir également TOC : ratios TS), car le temps d'exposition de la matière organique à l'oxygène dissous dans la colonne d'eau est réduite. Les efficacités de dénitrification sont réduites dans des conditions anoxiques et davantage de nutriments dissous sont recyclés dans la colonne d'eau. La perte de nitrification et de dénitrification (et l'augmentation de l'efflux d'ammonium des sédiments) dans les systèmes côtiers et estuariens est également une cause importante d'hystérésis.

Le résultat net des taux de sédimentation accrus est une augmentation de la maturité des voies navigables côtières et une diminution de leur durée de vie globale. Des réductions de la biodiversité, de la santé et de l'intégrité des écosystèmes côtiers peuvent également exister. Afin de prendre des décisions de gestion mieux informées, il est clairement nécessaire d'évaluer avec précision le taux et la nature de la sédimentation dans les cours d'eau côtiers et tout changement dans d'autres paramètres sédimentologiques au fil du temps.

Autres indicateurs sédimentologiques

D'autres analyses géochimiques des carottes de sédiments peuvent identifier des réservoirs de nutriments ou d'autres polluants dans le remplissage de l'estuaire. Il s'agit d'informations importantes pour les gestionnaires en raison du potentiel de libération d'éléments nutritifs liés aux sédiments dans la colonne d'eau, ce qui est également pertinent lorsque des travaux de dragage sont proposés. L'identification des microfossiles dans les carottes de sédiments peut fournir un enregistrement détaillé des changements récents dans les communautés végétales estuariennes ou des proliférations d'algues nuisibles.

Les données sédimentologiques sont particulièrement importantes lorsque des actions de conservation ou de restauration sont planifiées et il y a un manque d'informations historiques pour indiquer comment l'environnement estuarien a changé au cours des deux derniers siècles ou des dernières décennies. De même, ces données peuvent aider au développement de modèles de transport des sédiments. Les informations obtenues à partir de l'analyse des carottes de sédiments doivent donc être considérées comme des données environnementales de base nécessaires à la gestion efficace des systèmes estuariens.

Les cours d'eau côtiers les plus sensibles à une sédimentation accrue

Les estuaires dominés par les vagues, en particulier les lacs et lagunes côtiers fermés par intermittence, et les deltas dominés par les vagues, ont une efficacité élevée de piégeage des sédiments et sont susceptibles d'augmenter l'ampleur des charges sédimentaires transportées par les rivières et les ruisseaux.

Par exemple, les estuaires dominés par les marées sont courants dans le nord de l'Australie. Dans ces zones, une proportion importante des sédiments dérivés du bassin versant peut être piégé dans les plaines inondables adjacentes, cependant, les inondations de mousson exportent généralement des sédiments vers la mer ouverte. Ces systèmes sont également caractérisés par de forts courants de marée qui peuvent transformer les sédiments déposés autour et à l'extérieur de l'embouchure de l'estuaire en zones intertidales.

En rapport avec "sédimentation"

• bassin de sédimentation

  

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  Un bassin sédimentaire est une dépression de forme et de taille plus ou moins variable située sur un continent ou à sa bordure, de la croûte terrestre...

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  Un bilan sédimentaire est le résultat quantifié de la comparaison des entrées et des sorties (voir bilan massique), dans un système supposé clos par ailleurs.

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