La science des châteaux de sable
Jennifer Vail | Sarah Cotts
August 14, 2023
Le ciel bleu et les températures chaudes de l’été nous incitent à aller à la plage. Après tout, l’été n’est-il pas synonyme de détente au soleil, de surf et de sable ? Et que serait un jour à la plage sans la construction d’un château de sable ? Si la marée montante est l’ennemi de tous les bâtisseurs de châteaux de sable, l’océan reste pourtant leur meilleur allié. La raison en est que les grains de sable humides collent les uns aux autres, et c’est là où réside la magie des châteaux de sable. Un sable poudreux et sec est certes agréable, mais ce n’est pas l’ami des bâtisseurs de châteaux, et cela est dû en grande partie à la cohésion. Des tests rapides effectués sur du sable humide et du sable sec ont montré une différence de cohésion d’un facteur 10 !
Il s’avère que les châteaux de sable constituent une excellente application pour des mesures de rhéologie des poudres. Les autres mesures qui contribuent à caractériser le matériau optimal pour les châteaux de sable comprennent la limite d’élasticité non confinée et la fonction d’écoulement, qui sont facilement mesurées avec un kit d’accessoires installé sur un rhéomètre. En effet, il est possible d’utiliser les mêmes rhéomètres que ceux utilisés pour mesurer la viscosité et le comportement au cisaillement des matériaux tels que les huiles, les boues et les gels.
L’autre indicateur qu’un matériau est excellent pour les châteaux de sable est la fonction d’écoulement, qui est calculée en divisant la contrainte principale majeure par la limite d’élasticité non confinée. Lorsque la fonction d’écoulement est supérieure à 10, le matériau s’écoule librement, et n’est pas idéal pour la construction des châteaux de sable. Le sable sec s’écoule agréablement entre les doigts, mais n’est vraiment pas idéal pour construire un château ! Du sable contenant 10 % d’eau présente une fonction d’écoulement environ égale à deux, ce qui lui permet de mieux rester en place. Cependant, n’ajoutez pas trop d’eau : quand le sable a été mélangé avec 20 % d’eau, la fonction d’écoulement est repassée à 10, et le château qui en a résulté a été pour le moins branlant !
Bien entendu, il ne s’agit pas d’emporter les rhéomètres en même temps que nos chaises longues et nos glacières pour aller à la plage. Néanmoins, la construction des châteaux de sable est une illustration surprenante des difficultés de formulation auxquelles les scientifiques doivent faire face dans un certain nombre d’industries, de la fabrication d’engrais aux comprimés pharmaceutiques. Grâce à cette démonstration, la prochaine fois que vous marcherez sur le sable, vous saurez qu’un peu d’humidité facilitera considérablement la construction de votre chef-d’œuvre architectural – et vous saurez pourquoi !