Ce week-end, à la plage, concours de château de sable.

Votre petit seau bleu a toujours su vous rendre de grands services, il n'y a pas de raisons qu'il ne fonctionne plus aujourd'hui. Très sur de vous, vous saisissez le matériel qui servira à construire votre édifice.

Mais alors que vous vous évertuez a monter une ridicule tour, s’élèvent devant vous de magnifiques scultures, tout droit sorties des plans d’un architecte expert en sable. Les techniques de construction en sable ont bien évoluées depuis votre jeunesse !

Comment ces artistes du sable arrivent-ils à construire ces forteresses, alors qu’à la moindre brise, votre pâté s’écroule?

La solution vient de la physique des matériaux granulaires. Des études ont démontré qu’il faut un volume d’eau pour 8 volumes de sable pour avoir le mélange parfait. Plus d’eau et l’ensemble devient trop fluide, pas assez et c’est la cohésion des grains de sable qui devient insuffisante. Dans les deux cas, la structure ne tient pas le coup.

L’eau joue en effet une part importante dans la construction. Elle permet de lier les grains de sable ensemble. En effet, lorsqu’un liquide est ajouté au sable, celui-ci forme des structures appelées ponts capillaires. La force capillaire est responsable des bulles, gouttes, ainsi que de la légère surélévation du liquide au bord d’un verre d’eau.

Modélisation des ponts capillaires (en bleu) entre des billes de verre (en jaune)

La qualité de l’eau joue aussi un rôle important. Ainsi, l’eau de mer est un meilleur liant que l’eau douce par exemple. Lorsque l’eau s’évapore, le sel remplace les ponts capillaires et permet à la structure de tenir plus longtemps.

Mais pourquoi les scientifiques s’intéressent-ils autant aux châteaux de sable ?
Outre le fait d’être restés de grands enfants, les physiciens en matériaux granulaires s’intéressent à la structure du sable car elle permet d’avoir de nombreuses applications dans l’industrie : évaluation des risques de glissements de terrain, compréhension du comportement des matériaux dans un silo ou amélioration des fondations d’immeubles ou de constructions routières.

La prochaine fois que vous irez sur la plage, vous ne regarderez plus les châteaux de sable de la même manière !