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Questions - Réponses
Sciences
Le phénomène de sédimentation est rapidement observé chez un milieux fluide qu'un autre visqueux, comment la force gravitationnelle s'inclut alors qu'elle est notée comme constante????
Réponse de Didier Perret
Docteur
Section de chimie et biochimie
Université de Genève
La sédimentation est le phénomène observé lorsque des entités solides "coulent" dans un fluide.
Il faut remonter à 1851 pour que le scientifique anglais George Stokes démontre que ce phénomène peut être modélisé au moyen d'une équation très simple qui tient compte de paramètres reliés au solide (sa taille, sa masse volumique), au fluide (sa masse volumique, sa viscosité), et à la gravitation terrestre. Cette loi de sédimentation porte désormais le nom de loi de Stokes.
Pour faire simple, la loi de Stokes stipule que la vitesse de sédimentation (généralement exprimée en centimètres parcourus verticalement par seconde) est directement proportionnelle au carré du diamètre de l'entité solide (à cette époque, Stokes s'intéresse exclusivement aux sphères parfaites), à la différence entre la masse volumique de l'entité solide et la masse volumique du fluide, à la force gravitationnelle, et à l'inverse de la viscosité du fluide.
Pour mieux comprendre, étudions chacun des termes présents dans l'équation de Stokes:
- Puisque la vitesse de sédimentation dépend du carré du diamètre de l'entité solide, cette vitesse croît très rapidement lorsque l'entité solide devient grande (ou, vu sous un autre angle, la vitesse diminue très fortement lorsque le solide devient de plus en plus petit).
- La vitesse dépend de la différence de masses volumiques entre le solide et le liquide; pour un solide moins dense que le liquide (par exemple dans le cas dune bille de plastique déposée sur de l'eau), la différence de masses volumiques sera négative et le solide ne "coulera" pas, il flottera. A l'inverse, plus le solide est dense et moins le liquide est dense, plus la différence entre les deux devient grande et la vitesse de sédimentation grandit linéairement.
- Pour la viscosité, c’est l'inverse qui se produit: plus le liquide est visqueux, plus la vitesse de sédimentation du solide sera faible (puisque les forces de frottement du solide sur le liquide augmentent proportionnellement à la viscosité).
- Et finalement, en ce qui concerne la force gravitationnelle, elle est certes une constante, mais cette constante est différente sur Terre et sur d'autres planètes. Sur la lune, la gravité est approximativement 6 fois plus faible que sur la terre; une entité solide sédimenterait donc 6 fois plus lentement sur la lune que sur la terre, s'il y avait de l'eau liquide sur notre satellite!
Pour conclure, plus un objet est grand et dense, moins un liquide est dense et visqueux, et plus le phénomène est observé sur une planète lourde, plus la vitesse à laquelle l’objet sédimentera sera élevée.
25 septembre 2017
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