Runaway Admin
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| Sujet: Formation des dunes Ven 4 Jan - 12:38 | |
| Formation des dunes et physique des tas de sable Les dunes en questions Le chant des dunes [/i] Les dunes en questions Si les dunes sont des objets de contemplation éminemment poétiques, le rapport de la science à ces objets est d'un ordre, qui passe par la formalisation de questions… Qu'est-ce qui détermine la forme des dunes ? A la fin des années 1970, les géomorphologues ont identifié les paramètres qui contrôlent la formes des dunes : le fait que les dunes soient fixées ou non par la végétation, le fait que le sol dur soit entièrement recouvert ou non de sable, et enfin le nombre de directions selon lesquelles soufflent les vents. Lorsque le vent a une direction privilégiée et qu'il y a peu de sable sur la roche dure, on observe des dunes en formes de croissant que l'on appelle les barkhanes. Si, dans les mêmes conditions de vent, le sol est recouvert de sable, les dunes forment des cordons transverses au vent. Si maintenant le vent provient de deux directions pas trop éloignées l'une de l'autre elles forment des cordons dunaires qui s'alignent selon la direction médiane. Enfin, lorsque le vent vient de directions très différentes au cours de l'année, on observe des dunes étoiles. Qu'est-ce qui détermine la taille des dunes ?Sous l'effet du vent, un lit sableux se déstabilise pour former une allée de cordons dunaires transverses au vent. La longueur d'onde, c'est-à-dire la distance entre deux dunes successives est proportionnelle à la taille du grain et au rapport entre la densité du grain et la densité du fluide environnant. À partir de cette loi, on peut comprendre que les dunes qui se forment sous l'eau sont 800 fois plus petites que les dunes éoliennes, car l'eau est 800 fois plus lourde que l'air. Les dunes qui se forment sur Titan sont 20 fois plus petites que sur Terre mais celles qui se forment sur Mars sont 80 fois plus grandes. Le saviez-vous
Les dunes les plus grandes du monde sont les dunes étoiles et peuvent atteindre plusieurs centaines de mètre de haut. Les mécanismes déterminant cette taille maximale n'ont pour l'instant pas été identifiés Qu'est-ce qui détermine la vitesse des dunes ?Le vent augmente le long du dos de la dune, en entraînant une quantité de grains de plus en plus grande. Ce sable érodé se dépose en congère sur le haut de la face d'avalanche. Lorsque l a pente de la congère est trop forte, une avalanche ramène l'angle de la face d'avalanche a sa valeur d'équilibre (autour de 32°). Les grains restent ensuite immobiles à l'intérieur de la dune, jusqu'à ce qu'ils réapparaissent à la surface. La vitesse d'une dune est proportionnelle au flux de sable Q et inversement proportionnelle à la hauteur H de la dune. Cela signifie qu'une dune de 1m de haut se propage dix fois plus vite qu'une dune de 10m, et cent fois plus vite qu'une dune de 100m de haut. Le saviez-vous Les barkhanes sont les dunes les plus rapides du monde. Elles se propagent sur la roche mère les cornes en avant et peuvent parcourir plusieurs centaines de mètres par anLe chant des dunes Equipe de chercheurs mettant en place le dispositif pour enregistrer le chant des dunes au MarocCertaines dunes de sable peuvent « chanter ». On en retrouve des témoignages dans de nombreux récits de voyage, tels ceux de Marco Polo, Charles Darwin et Lord Curzon.... Les dunes, lentement construites par le vent, peuvent se présenter sous de nombreuses formes. Quand le « tas de sable » devient instable, des paquets de grains dévalent sa face la plus pentue et le sable « chante ». Que l’écoulement d'une grande quantité de matériau puisse « faire du bruit » ne surprendrait pas tant si le son émis n'était pas une longue note grave, si puissante qu’elle évoque le grondement du tonnerre ou le décollage d'un avion de ligne et qu’elle fait vibrer le sol à l’instar d’un tremblement de terre. Comment le physicien explique-t-il le phénomène ?Le physicien à l’écoute du chant des dunes…Le son soutenu d’un instrument de musique est généralement obtenu par l'association d'une excitation (le frottement de l'archer sur la corde du violon, par exemple) et d'une résonance (la fréquence de vibration naturelle de la corde, modulée par le violoniste qui en change la longueur libre). Un mécanisme similaire est-il à l'origine du « chant des dunes » ? Une excitation Dans l’avalanche, les grains roulent les uns sur les autres. Soumis à l’accélération due à la gravité, ils s’entrechoquent avec la fréquence typique qui ne dépend que de leur taille. Les chocs entre les grains excitent le système à la fréquence f. Une résonanceA priori, les chocs entre grains se produisent de manière aléatoire. Chaque choc produisant une onde sonore locale, nous n’entendrions qu’un bruit de haute fréquence et de faible puissance, si les grains ne se déplaçaient pas de concert.
Si l’onde sonore émise par un grain arrive à la surface, s’y réfléchit et revient sur le grain après exactement une période, 1/f, elle le pousse légèrement, ordonne son mouvement et celui de ses voisins. Les grains situés à la profondeur H = λ / 4 remplissent cette condition de résonance et se déplacent ainsi de concert. La couche située à la profondeur λ / 4 entre alors en résonance. En conséquence La surface du sable est animée d’un mouvement périodique perpendiculaire à la direction d’écoulement. Telle la membrane d’un haut-parleur, elle produit une puissante onde sonore à la fréquence f imposée par l’excitation. Ici, la fréquence n’est pas sélectionnée par le résonateur mais par l’excitation !
Les nombreuses expériences de terrain et de laboratoire réalisées par S. Douady et son équipe permettent ainsi de mieux comprendre cet étrange « chant des dunes ».Chercheur en train d'étudier la formation et la dynamique de dunes barkhanes | |
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