Pourquoi les galets ne sont-ils pas sphériques ?

[Christophe Reuss]

Pourquoi les galets ne sont-ils pas sphériques ? Pourquoi le processus d'émoussement et d'arrondissement des angles n'aboutit-il pas à la phase ultime de sphère ? Ils sont loin d'être approximativement une boule. A vue d'oeil leur plus grande dimension est généralement de 1,3 à 2 fois plus longue que leur plus petite épaisseur.

A première vue en se heurtant entre eux aléatoirement la probabilité de chocs devrait être plus grande sur les points de leur surface les plus éloignés du centre.

Depuis quelque temps je pense à cette question et je me suis souvenu de trois observations que j'ai pu faire:

- J'ai vu dans la grotte dela Luire (Vercors), quand je faisais partie d'un club spéléo dans ma jeunesse, de véritables billes de calcaire au fond d'un puits. De 2 à 4 cm de diamètre. Les puits de de la Luire sont parcourus par un violent courant d'eau ascendant (évidemment pas en permanence, c'est là le danger des explorations à la Luire).

- Sur les plages fond du Rhône les galets ne sont pas disposés n'importe comment comme dans un tas de pierre déchargées d'un camion, mais disposés en écailles de poisson, couchés obliquement les uns sur les auttres, plus précisément avec leur plus grand axe disposé horizontalement et perpendiculairemet au sens du courant, et leur plus petit axe incliné à environ 30° par rapport au fond (observation que j'ai faite étant très jeune; maintenant au niveau de Valence il n'y a que des lacs de barrage et de berges artificielles de gros blocs)

- Il me semble, mais ce n'est peut-être qu'un impression, qu'en général les galets des plages au bord de la mer se rapprochent plus de la forme sphérique que les galets de rivière

Je pense à deux explications:

- An fond du cours d'eau, les galets qui roulent par dessus ceux qui sont restés au fond maintiennent leur plus gand axe horizontal (la gravité fait qu'il a tendance à ne pas être vertical), donc ils usent leur propre petit axe et celui des galets restés immobiles au fond. Les galets de la Luire ne roulent pas au fond mais se heutent aléatoirement les uns les autre en étant en suspension dans le courant, il n'ont pas d'interaction avec le fond.

- Le caillou anguleux d'origine n'a pas le temps, autrement dit ne parcourt pas un distance suffisante pour s'arrondir complètement. (Pourtant d'après ce que j'ai lu sa perte de masse est de l'ordre de 1% par kilomètre) Les galets des plages ne se déplacent le long d'un parcours fini mais bougent dans un espace retreint jusqu'à ce qu'ils soient complètement usés.

Donc l'usure des galets ne serait pas le résultat d'un tournoiement aléatoire, mais résulterait en grande partie du roulement et du glissement sur le fond, où intervient la gravité.

Ce que je viens d'écrire est assez confus et embrouillé. J'espère que d'autres parcipants à Géoforum sont intéressés par le sujet et sauront, merci, synthétiser de façon plus claire les lois physiques concernant la forme des galets.

Sur internet j'ai trouvé plusieurs études sur les galets mais il y est question de vitesse d'abrasion, de vitesse de déplacement et de répartition granulométrique .Je n'ai rien trouvé à propos de leur forme. Peut-être que ça a déjà été étudié?

[Lucailloux]

Intéressant ça...

Hypothèse : l'action mécanique de l'eau (érosion) due au courant est plus importante sur les faces directement exposées.

-1. Dans un premier temps, les rochers anguleux dont les faces opposent une forte résistance roulent sur le fond, selon des axes qui tendent avec le temps et l'érosion à se confondre en un seul axe X perpendiculaire au courant. La matière disposée sur l'axe Y parallèle au courant est donc la plus exposée à l'érosion. (On se rejoint la-dessus)

-2. Je dirais pas qu'il n'a pas le temps... Il doit arriver un moment où le galet se retrouve dans une position (peu importe comment) dans laquelle sa face exposée au courant n'oppose pas une résistance suffisante à le déplacer. Cette position est celle dans laquelle l'axe X, le plus long, se retrouve parallèle au courant ; ça expliquerait la disposition observée.

Evidemment, il faut qu'il y ait eu une érosion suffisante en 1.

On a déjà une forme d'ovoïde, de galet.

-3 Ensuite, je me demande ce qui se passe?

Une fois dans la position de stabilité, la galet continue d'être érodé, mais sur sa petite face exposée au courant seulement. Il doit bien arriver un moment où, même si c'est très long, l'axe X qui est désormais parallèle au courant devient égal à Y.

Mais pendant un temps relativement court car la forme de géoïde qu'il a alors montrerait une face capable d'opposer une résistance apte à déplacer le galet...donc de nouveau érosion selon 1) et 2), etc etc... jusqu'au grain de sable.

Conclusion :

-En gros, la sphère parfaite serait théoriquement possible et stable (càd finie, qui n'évoluerait plus) que s'il n'y avait pas de gravité. Sauf que le courant est dû à la gravité, donc finalement, le galet en forme de sphère parfaite n'existe pas.

-La forme qui s'en rapprocherait le plus est celle acquise en 3).

Je l'expliquerais comme ça, mais ça reste une hypothèse, donc si quelqu'un a la vraie explication...

[fluopathe]

ce n'est pas très compliqué pour faire une boule il faut un mouvement de rotation, possible que dans les marmites !

pour le reste, le courant des rivières n'a généralement qu'un seul sens (d’où un aspect plat pour les galets, d'ailleurs on se sert de ses empilements pour trouver le sens du courant dans les paléorivières

et celui des plages 2 sens (aller retour) d’où un aspect plus arrondi

suffit de faire l'essai avec un morceau de pâte à modeler ! impossible de faire une boule sans aller retour plus rotation !

[Géologiste]

Je pense qu'une donnée importante a été oubliée dans l'équation : la forma initiale du cailloux. Le découpage selon les clivages ou fractures préférentielles aura forcément un impact sur la forme du galet qui va dériver.

D'ou l'importance des zones métamorphiques pour les ricochets !!! Il n'y a rien de mieux qu'un bon petit galet plat de micaschiste.

++

[1frangin]

l'explication de géologiste me semble intéressante !!

et oui pour réaliser une sphère (artificielement) il faut dégrossir une forme qui s'en approche pour facilité le travail

on a rien inventer on copie la nature !!

ensuite pour user le futur galet régulièrement il faut assez de force pour qu'il roule ... mais du coup quand la forcre n'est plus suffisante seule une face est soumise à l'érosion !

( volontairement je ne parle ni de mer ni rivière car le vent façonne aussi les roches et minéraux !)

[Quaternaire]

Je pense qu'une donnée importante a été oubliée dans l'équation : la forma initiale du cailloux. Le découpage selon les clivages ou fractures préférentielles aura forcément un impact sur la forme du galet qui va dériver.

D'ou l'importance des zones métamorphiques pour les ricochets !!! Il n'y a rien de mieux qu'un bon petit galet plat de micaschiste.

++

+10

[Christophe Reuss]

Zut, j'ai oublié le p de sphérique dans le titre.

Merci de votre intérêt pour la question.

J'avais bien pensé aussi que les galets plats proviennent de roches qui se fragmentent spontanément en plaques minces, j'ai posé une question générale sans entrer dans tous les cas de figure possibles.

La question reste valable pour les autres galets (de granit, de grès par exemple) qui ont une forme d'ovoïde aplati, pour autant qu'on puisse leur attribuer un nom de forme géométrique.

Fluopathe, le morceau de pâte à modeler est... modelable. On ne peut pas comparer déformation et abrasion. Le morceau de pâte est comprimé entre deux surfaces rigides, donc il ne peut pas changer son orientation dans l'espace, ce qui n'est pas le cas du galet dans l'eau.

Pour les galets de plage de mer je ne vois toujours pas pourquoi le fait que le sens du courant s'inverse constamment aurait un rôle. Je pense plutôt que la durée du processus d'abrasion est plus grande. Le galet de cours d'eau finit sa course quelque part en aval où le courant devient trop faible pour l'entraîner, (en général après s'être arrêté en route plus ou moins longtemps dans des zones de dépôt), tandis que le galet de mer continuerait d'être roulé jusqu'à usure complète.

Juste pour avoir une idée on va dire qu'il se déplace de 1m à chaque mouvement de vague ( je précise: c'est juste une vague estimation d'ordre de grandeur, il y a en fait beaucoup de variables: fréquence des vagues, quelle mer ou océan, tempête ou mer calme, blocage, dimension du galet etc,...) .

1m x 4 vagues par minute = 4m . En 1 heure 240m. 240m x 24 x 365 jours = environ 2000km par an. A comparer avec la longueur des fleuves...

[mr42]

Il y a quand même eu quelques études sur le sujet. Voici en particulier un texte qui donne pas mal de références :

http://scs-ingenierie.pagesperso-orange.fr/cours/Sedimentologie/Sediment04.Equilibre.pdf

On peut retenir entre autres cet extrait :

« Il apparaît que les hauts de plages sont particulièrement riches en galets discoïdes de grandes tailles alors que les galets sphéroïdes peuplent d'avantage les bas de plages. Deux raisons permettent d'expliquer ce phénomène :

- Les galets plats sont jetés par la mer au plus haut des plages alors que les galets plus massifs roulent vers la mer et restent sous l'eau. L'apparente abondance des galets plats est alors essentiellement due au tri ainsi opéré par les éléments.

- Le phénomène d'abrasion dans la "surf zone" génère des formes discoïdes en grand nombre. »

[Christophe Reuss]

Merci, mr42, pour ce lien de toutes façons très intéressant, même s'il ne donne pas vraiment de réponse à ma question initiale.

Vos différentes réponses m'ont aidé à préciser ma question. Donc je la reformule:

En supposant qu'il n'y ait pas de limite de temps ni de distance parcourue, un galet de rivière constitué d'une roche homogène va-t-il devenir un sphéroïde à un certain stade du processus d'abrasion qu'il subit, ou bien ne va-t-il jamais le devenir?

Si il ne peut pas devenir un sphéroide, quelles en sont les raisons?

Si il peut le devenir à partir d'une certaine valeur de son rapport "dimension la plus grande/dimension la plus petite", quel est ce rapport?

Pour le dire avec des mots simples: est-ce qu'un cube de pierre deviendra une boule?

[Stef4412]

Salut

as tu regardé du coté de la loi de strocke appliquée aux cours d'eau ? En gros, plus les cailloux sont gros et lourds, moins ils sont mobiles à courant égal.

En revanche, plus ils subissent une abrasion de la part des autres (une usure unidirectionnelle) et plus il s'aplatissent plutôt que de s'arrondir. Sur les plages, les galets sont plus facilement brassés par les vagues, en plus les tempêtes sont plus fréquentes que les crues, donc ils sont en suspension plus souvent et subissent une usure plus aléatoire que dans un cours d'eau.

Je ne sais pas si c'est clair ???

A+

[fluopathe]

pas d'accord avec le contenu du message 7 ni d'autres

mais je crois que je vais en rester là !

[1frangin]

plus un cailloux roule plus il sera galet sphérique !!! mais ça dépend surtout du matériau de départ et donc de sa forme initiale ...

après le même caillou en mer ou en rivière ... c'est plus une question de temps pour arriver au même résultat !! et faut pas comparer un fleuve et un torrent ...

pour moi c'est le minéral de base qui fait tout !

[Thaïti Bob]

je dirais comme fluopathe dans son premier message.

Même à supposer une rivière infiniment longue, les galets ne finiront pas sphériques selon moi. Le problème n'est pas du tout isotrope, mais bien anisotropique : il y a une direction privilégiée, celle du courant. On pourrait penser qu'avec le temps et le chaos des mouvements ça n'influe pas et que donc le plus grand axe va cogner plus souvent. Sauf qu'il y a aussi les lois de l'aérodynamique (hydrodynamique en l'occurence) qui font qu'un objet allongé dans un écoulement va naturellement s'orienter selon son axe le plus allongé. Ainsi, même une fois décollé et entrainé dans le courant par un chaos quelconque, il va s'auto orienter et reprivilégier une certaine direction. Et plus il est allongé, plus ce phénomène va s'amplifier !
On pourrait presque s'étonner au contraire que tous les galets ne soient pas très éfilés !

[Invité mine84]

Etant de nature optimiste, je cherche davatage des grosses pieces (lol)

Et la pesanteur jouant son role, toute piece de plus de 500km de diametre est spherique.

Alors limitons nous a ces grosses grosses pieces

Un seul probleme, trouver la vitrine adequate

[Christophe Reuss]

Petite video illustrant la loi de Stoke:

http://www.dailymotion.com/video/xqd6fh_chute-de-billes-loi-de-stokes_tech

qui concerne plus les vitesses de sédimentation que la forme des galets.

Oui, 1frangin, quand tu écris "ça dépend surtout du matériau de départ et donc de sa forme initiale ... " Je crois qu'on est tous d'accord que ce sont des paramètres très importants, voire peut-être les seuls qui comptent pratiquement.

Néanmoins, même si c'est une question assez théorique, j'aimerai savoir vers quoi tend la forme d'un galet au cours de son abrasion. Je donne un exemple: c'est une satisfaction de savoir vers quoi tend l'état de la surface de la mer: vers une surface parfaitement plane et horizontale. Même si cela n'arrive jamais à cause de différents facteurs: vent, attraction lunaire, tremblement de terre, mouvement des navires, des baigneurs, des baleines,etc..

Depuis vos dernières réponses, j'ai trouvé sur le net quelque sites de chercheurs qui ont étudié l'érosion ou la morphométrie des galets:

http://horizon.documentation.ird.fr/exl-doc/pleins_textes/pleins_textes_5/b_fdi_23-25/29226.pdf

http://hydrologie.org/THE/ATTAL.pdf

http://documents.irevues.inist.fr/bitstream/handle/2042/28631/ALS_1905_3_64.pdf;jsessionid=B43DCD8E36B9CC7D815AB9F40EBBEDB3?sequence=1

ici le croquis de la page 90 montre que les galets sont disposés au fond de larivière avec leur grand axe perpendiculaire au courant.

http://books.google.fr/books?id=-35niVi5z3cC&pg=PA25&lpg=PA25&dq=s%C3%A9dimentologie+fluviale&source=bl&ots=bypawpss2O&sig=1QJ7FsTM09eWOaJF3HUyU9tvnF8&hl=fr&sa=X&ei=CdhzU-vWBo6M4gTX6YGgCw&ved=0CGUQ6AEwCQ#v=onepage&q=s%C3%A9dimentologie%20fluviale&f=false

avec un croquis montrant la disposition des galets au fond d'une rivière. Depuis que je l'ai regardé, "les pages 112 à 119 ne font plus partie des sections consultables". De quoi devenir paranoïaque!

http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/36/10/17/PDF/THESE-DUBILLE_02-2009.pdf

Définition de morphométrie des galets p 47 et48

Bob: "un objet allongé dans un écoulement va naturellement s'orienter selon son axe le plus allongé" Alors il ne bouge plus donc ne s'érode plus

"une fois décollé et entrainé dans le courant". C'est la justement qu'il va se cogner contre les autres galets et s'user. Il finit par s'arrêter dans un endroit où le courant est plus faible, ou alors il est bloqué par un autre galet et va rester en général perpendiculaire au courant (voir la page 90 du site ALS 1905 cité plus haut).

Quand vous poussez un oeuf sur une table ou un tonneau (traditionel en bois avec des cercles de fer) par une force perpendiculaire à son grand axe, il roule facilement, dans la direction de la poussée. Si on exerce une force à peu près dans l'alignement de son grand axe il bougera plus difficilement et pivotera sur lui même avant de rouler. Il est fort peu probable qu'il roule dans un plan de son grand axe, la pesanteur s'opposant à l'élévation de son centre de gravité.

On a un peu avancé et compris pourquoi les galets on tendance à conserver, voire à acquérir un forme allongée.

Mais alors reste la question de comprendre pourquoi ne deviennent-ils pas des sortes d'ovoïdes ou de cylindres émoussés aux bouts avec une section circulaire, au lieu de conserverer un aplatissement.

Plu précisement pourquoi leur axe moyen et leur petit axe ne deviennent pas égaux - voir la définition des axes dans les pages 47 et 48 du dernier lien cité plus haut.

Le fait que l'écoulement tourbillonnaire spécifique aux marmites produit des galets sphéroïdes donne à penser que l'écoulement des rivières à tendance à produire d'autres formes spécifiques.

[Lucailloux]

Mais alors reste la question de comprendre pourquoi ne deviennent-ils pas des sortes d'ovoïdes ou de cylindres émoussés aux bouts avec une section circulaire, au lieu de conserver un aplatissement.

Plus précisément pourquoi leur axe moyen et leur petit axe ne deviennent pas égaux - voir la définition des axes dans les pages 47 et 48 du dernier lien cité plus haut.

Le fait que l'écoulement tourbillonnaire spécifique aux marmites produit des galets sphéroïdes donne à penser que l'écoulement des rivières à tendance à produire d'autres formes spécifiques.

A mon avis, parce que les galets sont disposés au fond, et ne sont pas en suspension dans l'eau, donc les faces ne sont pas toutes exposées à l'érosion de la même façon.

Les lois de l'hydrodynamique/dynamique des fluides (que je ne connais pas au demeurant ) devraient logiquement déterminer que l'érosion est bien plus lente sur un galet déjà formé, donc hydrodynamique (dont la face exposée au courant oppose peu de résistance).

Les lignes de champ du schéma suivant modélisent l'écoulement de l'air autour des ailes d'un avion. C'est comparable au galet dans sa rivière je pense. En saumon, la zone la plus exposée à l'érosion ; on devrait tendre, lorsque la matière au dessus de trait noir disparaît par érosion, vers la même forme, en plus aplatie, donc encore moins soumise à l'érosion etc..

Je suis d'accord pour dire qu'on devrait avoir au final quelque chose de très aplati, et pas une sphère.

Pour les marmites, c'est différent je présume, le phénomène d'érosion est mieux réparti sur les différentes faces du galet à cause des courants "tourbillonnants".

[Christophe Reuss]

Mais je pense que l'abrasion des galets se fait par principalement par les chocs ou les frottements des galets qui se déplacent sur ceux qui sont au fond. L'abrasion par le sable, ça joue dans l'érosion éolienne.

[Christophe Reuss]

D'abord je remercie le modérateur anonyme qui m'a rajouté le p manquant dans le titre.

En cherchant encore sur le net, j'ai trouvé beaucoup de thèses et autres études très intéressantes sur les galets.

Elles concernent:

- leur répartiton granulomètrique et ses variations en fonction de différents facteurs.

- leur vitesse de déplacement (par exemple, de mémoire: rapide sur les plages où les vagues arrivent obliquement sur le rivage, 40m par an dans l'Ain, lors des crues)

- plusieurs méthodes de morphométrie, qui précisent les notions, d'ailleurs assez intuitives, de grand axe, d'axe moyen et de petit axe, et aussi d'autres qui le sont moins: la sphéricité, l'émoussé ou arrondi, la dissymétrie, et l'aplatissement, et qui établissent comment on calcule leurs indices respectifs.

Mais, hormis l'affirmation évidente que la forme et la nature lithologique du caillou initial ont beaucoup d'importance, je n'ai rien trouvé qui traite de la genèse de leur forme. Ce qui ne veut pas dire que personne n'ait étudié la question, mais, si c'est le cas, je ne l'ai pas trouvé. Si quelqu'un a ce genre d' information, alors merci de le faire savoir.

Le fait que les galets sphéroïdes ne se trouvent pas, ne serait-ce qu'en faible proportion, dans les galets de rivière me fait pressentir cependant que la forme des galets dépend aussi de la façon dont s'effectue leur abrasion, qui dépend des conditions de l'environnement dans lequel ils se déplacent. Ces conditions diffèrent probablement entre les galets de plage de mer, les galets de rivière, les galets de torrents à pente très forte, et diffèrent sans aucun doute dans les cas spéciaux des galets de marmite et des galets de la Luire (voir # 1).

J'imagine que ce serait très intéressant de faire des expériences d'abrasion en mettant dans un canal circulaire du genre de celui décrit ici http://www.youscribe.com/catalogue/rapports-et-theses/savoirs/science-de-la-nature/erosion-des-galets-des-rivieres-de-montagne-au-cours-du-transport-1560838 , des cailloux taillés en forme de cube, ou de parallélépipède ayant différentes proportions dans les 3 dimensions, ou même avec d'autres formes géométriques.

Pour éviter les suspicions de non-homogéinéité des roches naturelles, on pourrait éventuellement utiliser un matérau artificiel homogène de densité similaire (brique, verre, faience).

On ferait beaucoup d'expériences en modifiant les conditions: rugosité du fond, vitesse du courant, mélange de formes différentes, etc.

Il faudrait prolonger l'expérience jusqu'à obtenir une "maturité" suffisante des galets, c'est-à-dire un indice d'émoussé très prononcé, et, éventuellement, la continuer jusqu'à leur disparition.

Une variante expérimentale, pour éviter la construction d'une machine à canal circulaire, serait de mettre les cailloux artificiels en milieu naturel, par exemple sur une plage de mer.

L'aspect des galets obtenus et la mesure des leurs dimensions permettrait de constater vers quelle(s) forme(s) finale(s) ils évoluent.

N'ayant pas connaissance qu'une telle expérience ait été réalisée, j'en suis réduit à émettre quelques hypothèses. Je commence par une exception, c'est plus facile.

Les galets sphériques de la grotte de la Luire

Sur ce site une confirmation succinte du phénomène: http://www.sgcaf.fr/?p=1144

Ici les galets sont en suspension dans le courant ascendant, un peu comme une balle sur un jet d'eau. Comme ils ont inévitablement un mouvement de rotation sur eux-mêmes suivant des axes variables, les chocs entre eux ou contre les parois ont lieu aléatoirement en différents points de leur surface. Logiquement les parties de surface les plus éloignées de leur centre ont plus de probabilités de chocs, ce qui explique qu'ils acquièrent une forme sphériques. (Autrement dit les bouts qui dépassent s'usent plus vite).

Il faut noter que ces billes de calcaire ont un diamètre assez uniforme: les cailloux plus gros ne sont pas mis en suspension, tandis que les plus petits, ou les billes devenues plus petites sont entraînées par le courant et s'échappent à l'extérieur.

. Comme il n'y a aucune raison de croire que seulement dans la grotte de la Luire le calcaire se fragmente spécialement en cailloux prédisposés à devenir des sphéroïdes, je conclus de ce cas rare d'abrasion que des chocs aléatoires produisent des galets sphéroides, indépendamment de leur forme d'origine.

Ce qui veut bien dire que si les galets ordinaires de rivière n'acquièrent jamais cette forme de sphéroîdes, c'est qu'il ne subissent pas de chocs aléatoirement répartis sur leur surface. Et la façon dont ces chocs sont répartis sur leur surface dépend de leur mode de déplacement sur le fond du cours d'eau. Ce que j'essaye d'expliquer plus bas.

Quant aux galets ronds des marmites, je me garde d'avancer maintenant une explication, sinon je risque d'en donner une trop simpliste. Il est probable qu 'il n'yait pas un simple courant circulaire genre maelstrom, mais comme comme composante de celui-ci, un courant hélicoïdal avec des portions ascendantes. Il y aurait quelque chose de commun avec le phénomène de la Luire décrit plus haut. Le mieux serait une observation in situ de leur mouvement à condition que l'eau ne soit pas trouble et d'être équipé d'un bon imperméable.

Les galets de rivière

J'ai déjà expliqué à la fin du #15 pourquoi le grand axe des galets à tendance à rester horizontal. Restait à comprendre pour quoi leur axe moyen et leur petit axe ne deviennent pas égaux, autrement dit pourquoi leur section perpendiculaire à leur grand axe ne devient pas à peu près circulaire.

Deux forces interagissent dans leur mouvement: le courant, qui produit le déplacement horizontal, et la pesanteur, qui tend à maintenir ou ramener le centre de gravté du galet (c'est-à-dire aussi le centre géométrique puisqu'ils sont d'une densité pratiquement homogène) le plus bas possible.

Selon la position ou il se trouve le galet aura une résistance au glissement plus ou moins grande (bloquage par un obstacle, pente locale, point d'appui sur les galets du fond).

De même la forme et la position du galet sur le fond va influer sur le coefficient de portance du galet produit par la courant. Selon la valeur de ces variables deux évènements peuvent se produire:

un glissement ou un soulèvement par sa partie amont, qui est le début d'une rotation sur un point d'appui aval.

Dans le cas du glissement le frottement contre les galets du fond produit un abrasion des zones de périmètre en gros perpendiculaire au petit axe. Autrement la galet qui repose sur sa face aplatie reste dans cette position et donc le frottement va éroder la face aplatie.

Si au contraire le bord amont du galet se soulève et qu'il roule le frottement par roulement est négligeable. Ensuite quand son son centre de gravité dépasse la verticale du point d'appui, il tombe d'autant plus vite qu'à son poids s'ajoute la force du courant. S'il tombait sur une surface plane le roulement continuerait, en supposant que la section de notre galet est bien un ellipsoïde. Mais il tombe en fait sur un galet du fond. Il y a abrasion au point d'impact. Cet impact a lieu quand son axe moyen a une position proche de l'horizontale, autrement dit quand il est couché sur une de ses faces les plus aplaties.

Bien sûr, cette description laborieuse des mouvements du galets est assez théorique. En réalité il y a d'innombrables situations intermédiaires et cas de figures possibles. Néanmoins je crois que ce que j'ai écrit plus haut reste statistiquement valable. On a tendance à oublier que la pesanteur joue un grand rôle dans l'érosion des galets, ils ne tourbillonnent pas comme des feuilles mortes dans le vent.

J'ai essayé de schématiser ces idées sur le dessin suivant, où j'ai représenté en coupe avec un trait rouge les positions successives d'un galet qui roule sur le fond d'un cours d'eau. La coupe est donc dans un plan perpendiculaire au grand axe du galet. J'ai dessiné avec un trait noir les galets immobiles du fond.

On commence par la position 1 où repose temporairement notre galet. Un reforcement du courant le soulève et le fait basculer -position 2- sur un galet du fond sur lequel il est appuyé, d'autant plus que ce dernier le bloque et l'empêche de glisser. son extrêmité roule sur le fond (sur le galet immobile du dessous). Ensuite on peut voir la suite des évènements...

En conclusion, si mon raisonnement est exact, l'abrasion des galets de rivière se fait par glissement, et par roulement suivi d'impact. Dans les deux cas l'abrasion est plus importante sur les faces déjà aplaties (en gros parallèles à l'axe moyen).

Les galets de rivière ont tendance à conserver ou à acquérir une forme d'ellipsoîde aplati.

Et les galets sphériques ne se forment que dans certaines conditions particulières, différentes de celles générales des rivières.

Ces affirmations sont plutôt des hypothèses, peut-être que d'autres géoforumeurs ont de meilleures idées.

[Lucailloux]

Ça se tient, mais vous oubliez (volontairement?) quelque chose je pense : l'abrasion ne se fait pas QUE par les chocs, c'est impossible ; imaginez le nombre de chocs nécessaires pour former une surface continue... c'est irréalisable dans la nature.

Je pense plutôt que l'abrasion par chocs fracture les formes de base, élimine les angles saillants, bref tout ce qui casse facilement. L'artisan principal de l'"ébauche" du galet.

S'il n'y avait que ça, on aurait des polygones à X faces.

Ensuite l'abrasion se fait certainement par l'eau et par les particules en suspension dans l'eau (sables).

[Christophe Reuss]

Bonsoir Lucailloux,

M. Mikaël ATTAL dans sa THESE DE DOCTORAT (Spécialité : géomorphologie) qu'on peut lire ici: http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/04/58/85/PDF/tel-00004097.pdf

relate, entres autres, les expériences d'érosion de galets en canal circulaire faites avant lui. Voici quelques extraits qui concernent ton affirmation "Ensuite l'abrasion se fait certainement … par les particules en suspension dans l'eau sables)." J'ai mis en caractères gras ce qui la contredit.

page 26

1.1.4. Les expériences en canal circulaire.

Kuenen [1955, 1956] a été le premier a proposer cette géométrie pour étudier les phénomènes

d’abrasion en rivière. Ses excellents travaux lui ont permis de publier des articles qui restent aujourd’hui encore des articles de référence dans le domaine. Différents aspects de l’érosion des galets ont été abordés.

1.1.4.1. L’abrasion des galets par les particules en suspension [Kuenen, 1955].

Les expériences montrent que ce mode d’abrasion a son importance pour les éléments

statiques présents dans le lit des rivières (blocs de taille trop importante pour être transportés)

en particulier lorsque ceux-ci sont constitués de matériaux tendres, mais que les éléments mobiles (galets) subissent une abrasion beaucoup plus conséquente lors de leur mise en mouvement ; l’abrasion induite par les particules en suspension est alors négligeable. Les

vitesses de fluides testées lors des expériences de Kuenen étaient comprises entre 40 et 120 cm/s

page 27

Influence de la concentration en fines.

La présence d’argile, même en quantité importante, ne modifie pas les taux d’abrasion.

Ce résultat semble lié au fait que les argiles sont mises en suspension. En revanche, la

présence de sable provoque une diminution des taux d’abrasion de l’ordre de 10 à 15%. Ce

phénomène serait dû au fait que le sable constitue un troisième corps qui amortit ou encaisse une partie des chocs entre les galets et le substrat.

… constate également que le taux d’abrasion est proportionnel à la vitesse au carré et donc à l’énergie cinétique de la particule. Ainsi, plus un galet va vite, plus il s’érode. De même, dans des conditions de transport similaires, un petit galet s’érode moins vite qu’un gros galet puisque son énergie cinétique est moins importante.

La taille de la particule est donc un paramètre contrôlant majeur

Il ya un phénomène qui joue dans l'eau. Les filets d'eau contournent l'obstacle, exactement comme tu l'as dessiné au # 16, en entraînant avec eux les grains de sable. C'est comme quand tu descends un rivière en canoë, tu as l'impression que le courant t'entraîne vers un gros rocher droit devant, mais en fait tu passes à côté. Parce que le canoë reste entraîné par le courant qui est dévié par le rocher, et donc le canoë aussi.

Par contre pour l'érosion éolienne c'est le sable qui agit. Parce que les vitesses sont nettement plus grandes, donc l'énergie cinétique des grains de sable aussi. Et l'air étant extrêmement moins dense que l'eau ne détourne pas le grand de sable de sa trajectoire initiale, et il vient percuter l'obstacle.

Comme idée de comparaison, le sablage est un procédé efficace pour corroder les surfaces dures parce que les particules sont éjectées à des vitesses de l'ordre de 250 à 1000 km/h (voir http://www.via.fr/lettres/fr/40/-n40_6_vf.html ).

Je pense plutôt que l'abrasion par chocs fracture les formes de base, élimine les angles saillants, bref tout ce qui casse facilement. Et qu'est-ce qui ferait la ferait s'arrêter ?

on aurait des polygones à X faces. On a bien des polygones à X faces. Les faces peuvent être extrêmement petites. Tout est une question d'échelle.

J'ai l'impression que quand je parle de chocs tu penses à des chocs violents qui produisent de gros éclats , du genre chute d'un bloc d'une falaise de 100m. Aujourd'hui j'ai fait une mini expérience: j'ai trouvé des gros galets, qui ont été amenés à titre décoratif, dans la cour de l'entreprise où je travaille. J'en ai laissé tomber un d'une hauteur de seulement 10cm sur un autre en-dessous. Plusieurs fois. Et chaque fois il ya eu à l'endroit du choc (on ne peut pas l'appeler autrement) un peu de poudre blanche. Ce peu compte, multiplié par un grand nombre de fois.

Justement, tu dis "imaginez le nombre de chocs nécessaires pour former une surface continue" Bien. J'imagine, ou plutôt j'estime maintenant:

Partons de l'estimation faite par M. Attal cité plus haut. Le but de sa thèse était d'évaluer la vitesse d'érosion des galets grâce a un dispositif de canal circulaire. Dans ces conclusions finales il précise que la vitesse d'érosion des galets est comprise entre 0,03% et 1,5% de leur masse par km parcouru. C'est une plage très large, même pour des estimations, mais c'est vrai que ça dépend aussi de la nature lithologique des galets. Prenons un valeur raisonnable intermédiaire de 0,5% de masse perdue/km. Prenons un galet de 15 cm de diamètre moyen sur la plus grosse section orthogonale à son grand axe, c'est-à-dire son diamètre de roulement. Il fait à peu près 5 kg. Je ne détails pas les calculs ici, c'est sans intérêt puisqu'il s'agit seulement de trouver un ordre de grandeur. D'après le croquis que j'ai fait dans mon # précédent, il fait environ 2 tours complet par mètre quand il roule. Avec 2 chocs par tour ça ferait 4 chocs par mètre, mais comme je dis arbitrairement qu'il passe la moitié de la distance à glisser au lieu de rouler, on en reste à 2 chocs par mètre. Donc au bout d'un km il a subi 2000 chocs en perdant 0,5% de son poids, c'est à dire 5000g/100 x 0,5 = 25g

Ayant subi 2000 chocs, il a perdu en moyenne 25/2000 = 0, 0125g à chaque choc. 1 centigramme et quelque. Cela concorde avec le petit test pratique que j'ai fait.

[Lucailloux]

Bonjour Christophe

Ok, j'imagine que si un doctorant en géomorphologie le dit, c'est probablement vrai !

Il faudrait que je lise tout, mais 280 pages, pas maintenant...

Je vais quand même essayer de défendre un peu mon point de vue !

Je suis d'accord pour dire que l'érosion par l'eau est négligeable par rapport à l'érosion par "collision", mais dans certains cas seulement :

- que les galets ne soient pas constitués d'une roche réagissant chimiquement avec l'eau et/ou que cette roche contienne des minéraux solubles dans l'eau (processus à l'origine des reliefs karstiques, donc aussi des galets calcaires par exemple), ni d'une roche friable et/ou détritique présentant une cohésion faible (qui seraient de toute manière sensibles aux chocs).

- que l'on parle d'érosion qui ait lieu dans les cours d'eau vive. Pas sous les glaciers (moraines), grâce auxquels se sont formés beaucoup de galets par gel-dégel (cryoclastie et reptation)...

Sur la page Wikipédia concernant l'érosion, qui est bien faite je trouve (et sérieusement documentée apparemment), on consacre une partie à l'érosion par l'eau, et on y précise qu'elle est de nature mécanique et chimique.

Sont notamment cités :

- l'hydroclastie

- les frottements dus à l'eau, ce que je disais plus haut, déterminés par la loi de Stokes. Effectivement, si ces frottements sont très faibles dans le cas du galet, l'érosion engendrée sera négligeable.

[Christophe Reuss]

"que les galets ne soient pas constitués d'une roche réagissant chimiquement avec l'eau…, galets calcaires …, roche friable." Bien sur, c'est vrai, il y a des roches que l'eau dissout et donc aussi des galets constitués de ces roches. En fait, en ce qui concerne les galets ce processus joue surtout pendant les périodes plus ou moins longues où ils sont immobilisés. M. Attal écrit, dans sa thèse déjà citée au post précédent:

"… pour les rivières le long desquelles les périodes de stockage sont longues entre deux épisodes de transport (rivières à faible gradient), cette étude a prouvé que l’altération est un paramètre contrôlant majeur des taux d’abrasion des galets au cours du transport fluvial. L’importance de ce facteur dépend de la rigueur du climat, du temps pendant lequel le matériel y est soumis mais également de la nature de ce matériel ; le contrôle lithologique est très important puisque l’altération, et donc la fragilisation du matériel, va être fonction de la teneur du matériel en minéraux vulnérables tels que la biotite, les feldspaths…"

J'ai d'ailleurs eu l'occasion de creuser différents trous et tranchées dans la région de Valence, dans une terrasse alluviale et effectivement j'ai souvent rencontré des galets de granit qui on l'air intacts mais qui s'effritent et se désagrègent au plus petit coup de pioche ou même à la main. On rencontre aussi à faible profondeur (0,8 –1,5m) des galets qui commencent à se souder entre eux par un dépôt de calcaire, parce qu'ils commencent à se dissoudre et que le calcaire dissous dans l'eau se concrétionne plus ou moins pendant les étés secs. Bon, je ne veux pas faire un remake des traités de géomorphologie, il y en déjà de très bons, mais ne pas perdre de vue la question de la non-sphéricité des galets de rivière.

Si la galet est devenu plus petit et a changé de forme pendante une période de stockage, le processus d'émoussement et d'arrondissement va recommencer quand il sera repris par le courant. On en revient donc au point de départ : la forme irrégulière de caillou originel.

S'il est friable, il va tout simplement être érodé plus vite, ou même disparaîtra complètement avant d'aller bien loin.

Pour préciser ma question de départ, elle n'est pas: "pourquoi il n' y a qu'une certaine proportion de galets sphériques dans les rivières ?", mais "pourquoi il n'y en a pas du tout ". Même en admettant, sans raisonner davantage, que certaines roches ne peuvent pas produire des galets sphéroïdes parce qu'elles sont solubles ou friables, ce n'est pas le cas de tous les galets, partout. Donc il y des raisons pour expliquer ce fait. J'ai exposé celles que j'ai trouvées # 18.

"Il faudrait que je lise tout, mais 280 pages, pas maintenant" En fait la moitié de ces 280 pages décrivent la construction du canal circulaire et de ses pompes, et différents essais et étapes de mise au point.

"la page Wikipédia concernant l'érosion, qui est bien faite je trouve…" J'ai trouvé sur le net plusieurs sites qui traitent de l'érosion en général et spécialement de l'érosion par les cours d'eau, et qui sont attrayants avec des dessins, des croquis, faciles à lire et à comprendre. Si ça t'intéresse je peux t'envoyer les liens correspondants, il me faudra juste un peu de temps pour les retrouver sur mon ordi.

[Lucailloux]

J'ai trouvé sur le net plusieurs sites qui traitent de l'érosion en général et spécialement de l'érosion par les cours d'eau, et qui sont attrayants avec des dessins, des croquis, faciles à lire et à comprendre. Si ça t'intéresse je peux t'envoyer les liens correspondants, il me faudra juste un peu de temps pour les retrouver sur mon ordi.

Oui, je veux bien, si vous avez le temps (je vais finir par m'intéresser aux galets... ) ..

C'est vrai, on perd un peu le fil de base, qui était "la sphéricité des galets de rivière".

Pour les chocs, ok avec le message #18 d'un point de vue logique. Alignement dans le sens du courant => abrasion des galets du fond sur les mêmes faces, avec aplatissement.

Une question : l'abrasion n'a lieu que sur le point d'impact, ou l'onde mécanique produite qui se propage à travers le galet est-elle assez puissante pour abraser les galets avoisinants?

Dans ce cas là, on aurait une érosion sur le grand axe, perpendiculaire au courant.

[Christophe Reuss]

Une panne d'ordinateur m' a bloqué plusieurs jours. Heureusement que j'ai pu récupérer ce qui était sur le disque dur. Voici donc, Lucailloux, les liens annoncés:

http://www.onema.fr/IMG/pdf/trans-sol_02-partie1.pdf

http://www.u-picardie.fr/~beaucham/cours-sed/sed-4.htm

http://www2.ulg.ac.be/geolsed/sedim/sedimentologie.htm#LES%20ROCHES%C2%A0SEDIMENTAIRES

http://www.grr.ulaval.ca/gae_3005/Documents/Notes_A2011/CH_05_Geomorpho.pdf

http://www.geoglaciaire.net/index.php?option=com_content&view=article&id=46&Itemid=53

http://georepere.e-monsite.com/medias/files/chap-9.pdf

http://www.ipgp.fr/~lajeunes/Eric_Lajeunesse/Publications_files/2008-HDR.pdf

http://www.grr.ulaval.ca/gae_3005/Documents/Notes_A2011/CH_05_Geomorpho.pdf

http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/morfo_1266-5304_1996_num_2_2_875

http://engees-proxy.u-strasbg.fr/251/01/TFENorv%C3%A8neGALLIOT.pdf

http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/geoca_1164-6284_1950_num_25_1_5396

http://books.google.fr/books?id=-35niVi5z3cC&pg=PA25&lpg=PA25&dq=s%C3%A9dimentologie+fluviale&source=bl&ots=bypawpss2O&sig=1QJ7FsTM09eWOaJF3HUyU9tvnF8&hl=fr&sa=X&ei=CdhzU-vWBo6M4gTX6YGgCw&ved=0CGUQ6AEwCQ#v=onepage&q=s%C3%A9dimentologie%20fluviale&f=false

Je ne vois pas le rapport entre les ondes et l'abrasion des galets. Sans être calé en physique elles se déplacent dans des milieux fluides et élastiques.

J'ai l'impression que tu n'as pas tout-à-fait suivi ce que j'ai essayé d'expliquer jusqu'à présent, aussi je résume par quelques dessins:

Définitions de morphométrie:

Position:

Complément de ma figure du paragraphe 18, montrant 2 points de chocs possible pour un galet roulant sur le fond. Une hypothèse, qui reste à démontrer expérimentalement, pour expliquer la non-sphéricité, est que les chocs sur les parties de surface près de l'extrémité de l'axe moyen (cas du choc 2) sont statistiquement nettement moins fréquents que les chocs sur les zones proches de l'extrémité du petit axe (cas du choc1). Autrement dit les chocs se feraient plus souvent sur les portions de circonférence les plus aplaties.

Moi aussi je m'intéresse à la forme des galets. En effet ils font partie du fond culturel du Valentinois. Voici quelques exemples:

Il y en a partout à portée de main. On interdit au vilains garçons de lancer des "gadins". Les filles jouaient à la marelle avec. Les jardiniers les enlèvent des plates bandes et en font des bordures. Leur présence rendant les sols peu fertiles a amené la culture des pêchers. Planter un piquet droit dans le sol est souvent impossible, par contre il n'y a pas de boue sur les chemins de campagne. Tous les vieux murs sont faits avec des gros galets. Il y a le célèbre palais du facteur Cheval. J'ai aussi connu un voisin qui a fait une butte de plusieurs mètres de haut en transportant à la brouette les cailloux de son terrain, et une autre personne qui s'est fait une entorse en posant le pied sur un galet arrondi. Des entreprises vendent des calets décoratifs. Quand j'étais enfant, les cousins du Nord (le Nord signifiait alors "au nord de Lyon") allaient dans une gravière voisine et en ramenaient des kilos ...

Je n'ai rien trouvé sur la morphométrie des galets dans Géowiki.

Je vois sur le net "Initiation à l'étude des sables et des galets" par A. Cailleux et J. Tricart, sorti en 63. mais peut-être qu'il y a des livres plus récents sur le sujet de la forme des galets. Est-ce que quelqu'un en connaît?

[Lucailloux]

Merci pour ces liens, je vais regarder ça dès que je peux.

Je ne vois pas le rapport entre les ondes et l'abrasion des galets. Sans être calé en physique elles se déplacent dans des milieux fluides et élastiques.

J'ai l'impression que tu n'as pas tout-à-fait suivi ce que j'ai essayé d'expliquer jusqu'à présent, aussi je résume par quelques dessins

On s'est pas bien compris, elles se propagent dans un milieu solide : le galet. Je parle des chocs, ceux de votre dernière figure, que je reprends là :

Ma question était de savoir si les ondes mécaniques générées à l'impact sont suffisamment puissantes pour être transmises aux galets voisins (puisqu'ils sont collés ou presque) et donc les abraser lors de chocs secondaires (zones en rouge).

Si oui, on aurait une érosion selon le grand axe.

C'est le principe du pendule de Newton, on transmet l'E mécanique aux billes (sauf que là, le galet s'envole pas!).