Si vous voulez comprendre pourquoi certains châteaux de sable sont hauts et ont des structures complexes tandis que d'autres sont des morceaux de sable presque informes, il est utile d'avoir une formation en génie géotechnique.

En tant que professeur d'ingénierie géotechnique moi-même, j'utilise des châteaux de sable en classe pour expliquer comment les interactions du sol, de l'eau et de l'air permettent de reconstruire les paysages après l'extraction des métaux essentiels à la transition énergétique.

Construire un château de sable se résume au bon mélange de ces trois ingrédients. Le sable fournit la structure, mais c'est l'eau entre les grains de sable qui fournit la force - dans ce cas, la succion - qui maintient le sable ensemble. Et sans la bonne quantité d'air, l'eau ne ferait que séparer les grains de sable.

Pas n'importe quel sable

Les grains de sable, selon l'organisme de normalisation ASTM International's Unified Soil Classification System, sont des particules de sol ayant un diamètre de 0,003 pouces (0,075 mm) à 0,187 pouces (4,75 mm). Les sables, par définition, ont au moins la moitié de leurs particules dans cette gamme. Le limon ou l'argile est un sol avec des particules plus petites que la taille du sable. Et le sol avec des particules plus grosses que la taille du sable est du gravier.

La taille des particules, ou grains, détermine également l'apparence et la sensation du sable. Les plus petits grains de sable ont une texture presque comme du sucre en poudre. Les plus gros grains ressemblent plus à la taille de petites lentilles sèches.

La plupart du sable conviendra à la construction d'un château de sable, mais le meilleur sable a deux caractéristiques :des grains de sable de différentes tailles et des grains aux bords anguleux ou rugueux. La variation de la taille des grains permet aux grains de sable plus petits de remplir les poches, ou pores, entre les grains de sable plus gros. Le résultat est une résistance accrue du sable.

Les grains de sable plus anguleux, avec des angles vifs, se verrouillent mieux, ce qui rend le château de sable plus solide. C'est la même raison pour laquelle un tas de blocs de bois anguleux restera dans un tas, mais un tas de billes ira partout.

C'est aussi pourquoi, étonnamment, le meilleur sable pour les châteaux de sable ne se trouve généralement pas sur une île ou une plage côtière. Des grains de sable plus anguleux se trouvent généralement plus près des montagnes, leur source géologique. Ces grains de sable n'ont pas encore eu leurs bords arrondis par le vent et l'eau. Les constructeurs de châteaux de sable professionnels iront jusqu'à importer du sable de rivière pour leurs créations.

Enfin, plus les grains de sable sont rapprochés, plus le sable sera solide. En pressant fermement le sable humide, par compactage ou tassement, les grains de sable se serrent ensemble, ce qui réduit la taille des pores et augmente l'effet que l'eau peut avoir. Le compactage augmente également l'enchevêtrement des grains et, par conséquent, la résistance du sable.

L'eau est la clé

Sans eau, le sable forme juste un tas. Trop d'eau et de sable coule comme un liquide. Mais entre le sable sec et le sable saturé se trouve une large gamme de niveaux d'humidité qui permettent la construction de châteaux de sable.

L'eau est cohésive, ce qui signifie que l'eau aime coller à l'eau. Mais l'eau adhère ou grimpe également sur certaines surfaces. Regardez un verre d'eau à moitié plein et vous verrez l'eau remonter un peu à l'intérieur du verre. La gravité retient toujours l'eau dans le verre, mais l'eau essaie de monter et de mouiller la surface. Cette petite lutte de pouvoir est ce qui rend les châteaux de sable possibles.

Là où l'air et l'eau se rencontrent, il y a une tension superficielle. L'interface air-eau tire vers le bas, essayant de maintenir l'eau ensemble contre les forces concurrentes du mouillage de la surface, de la cohésion et de la gravité. La tension superficielle rassemble l'eau comme la peau tendue d'un ballon. Et la tension superficielle rassemble également les grains de sable.

Si le verre était beaucoup plus mince, comme une paille, l'eau monterait plus haut et aurait plus de tension superficielle. Plus la paille est étroite, plus l'eau monte. Ce phénomène s'appelle la capillarité.

L'eau se comporte de la même manière dans le sable humide. Les pores, ou espaces, entre les grains de sable sont comme un tas de très petites pailles. L'eau forme de minuscules ponts entre les grains. L'eau de ces ponts est sous tension, rapprochant les grains par une force que les ingénieurs géotechniciens appellent le stress d'aspiration.

Juste assez d'eau

La quantité d'eau dans le sable contrôle la taille et la force des ponts d'eau. Trop peu d'eau équivaut à de petits ponts entre les grains de sable. Plus d'eau, et la taille et le nombre de ponts augmentent, augmentant la succion qui maintient les grains de sable ensemble. Le résultat est un sable de château de sable parfait.

Trop d'eau, cependant, et l'aspiration est trop faible pour maintenir le sable ensemble.

Une règle générale pour construire de grands châteaux de sable est une part d'eau pour huit parts de sable sec. Dans des conditions idéales dans un laboratoire, cependant, avec du sable dense et une évaporation nulle, une partie d'eau pour cent parties de sable sec peut produire des merveilles. Sur une plage, le sable avec le bon niveau d'humidité se trouve près de la ligne de marée haute lorsque la marée est basse.

Incidemment, le sel de l'eau de mer peut également être une aubaine pour la stabilité des châteaux de sable. Les forces capillaires maintiennent initialement les grains de sable ensemble, mais l'eau capillaire finira par s'évaporer, en particulier par temps venteux. Lorsque l'eau de mer s'assèche, il reste du sel. Comme l'eau de mer formait des ponts entre les grains, le sel cristallise à ces points de contact. De cette façon, le sel peut maintenir un château de sable debout longtemps après que le sable ait séché. Mais attention à ne pas déranger le sable lié au sel; il est cassant et pliable.

Pour construire un château de sable solide, compactez du sable et un peu d'eau aussi étroitement que possible. Je préfère créer un monticule dense, puis creuser et tailler pour révéler l'art à l'intérieur. Vous pouvez également compacter le sable dans des seaux, des tasses ou d'autres moules et construire à partir de zéro. Assurez-vous simplement que le sable est dense et placez le moule sur une fondation compactée. Les mains constituent à la fois un excellent outil de compactage et de sculpture, mais une pelle ou un coquillage permettra plus de précision. Amusez-vous et n'ayez pas peur d'être sablonneux ! + Explorer plus loin

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Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article d'origine.