Les grains de sable ne sont pas de taille uniforme. Le diamètre minimum d’un grain de sable n’est que de 62,5 micromètres ou 0,0625 millimètre tandis que la limite supérieure d’un diamètre de grains de sable est de 2 millimètres. Il est de notoriété publique, mais pourquoi de tels chiffres? On peut dire qu’il suffit de tracer la frontière quelque part pour pouvoir différencier le sable du limon ou du gravier. Alors, ces nombres sont-ils complètement arbitraires? Oui et non. Les nombres exacts sont définitivement arbitraires. Ils sont déterminés par l’échelle logarithmique qui détermine également les frontières entre le sable fin, moyen et grossier.
Le cercle gris ressemble à la limite supérieure d’un grain de sable (très grossier) tandis que le plus petit cercle rouge ressemble au plus petit. Le noir, le bleu, le vert et le jaune sont les bordures supérieures des grains de sable grossiers, moyens, fins et très fins respectivement. Le graphique est à l’échelle.
Cependant, ce schéma de classification est choisi pour avoir le plus de sens possible en géologie. Il reflète le mouvement des grains de sable dans l’eau. Dans l’eau de la rivière, les grains de sable ne sont pas transportés dans la suspension. Ils ont tendance à se déplacer par sauts — l’eau courante soulève parfois les grains de sable mais n’est pas capable de les transporter loin. Les grains de sable se déposent à nouveau et attendent le prochain saut. Un tel mode de mouvement est appelé saltation et il est particulièrement caractéristique des grains de sable. Le gravier roule simplement sur le lit de la rivière tandis que le limon est généralement transporté dans la suspension.
Bien sûr, cela dépend de la vitesse à laquelle l’eau de la rivière coule. Parfois (dans les ruisseaux de montagne en mouvement rapide), les granules salent également. Et parfois, l’eau de la rivière n’est pas capable de soulever les grains de sable, même temporairement. La nature ne classe pas. Il n’en a pas besoin. Mais nous, les humains, avons désespérément besoin des schémas de classification pour classer les choses et essayer de donner un sens au monde qui nous entoure. Par conséquent, aucun système de classification n’est parfait et celui utilisé maintenant n’est en aucun cas le seul possible.
Il est peut-être assez difficile d’imaginer à quel point deux grains peuvent être différents si l’un d’eux a un diamètre de seulement 62.5 micromètres tandis que l’autre fait 2000 micromètres ou 2 millimètres d’épaisseur. Le premier est à peine visible tandis que l’autre est aussi gros que la tête d’une allumette. Combien est l’un plus grand que l’autre? Cela devrait être simple, nous divisons simplement 2000 par 62,5 et obtenons le résultat de 32. Cependant, un tel résultat peut être mathématiquement correct mais cela n’a aucun sens. La vraie mesure d’une taille de grain est son volume. Après tout, si l’eau de la rivière est capable de transporter le grain dépend de la masse et du volume des grains, pas du diamètre.
Si nous supposons que nos grains sont des sphères parfaites, alors le plus gros a un volume 32 768 fois plus grand. C’est une énorme différence et doit évidemment influencer de manière significative le comportement des grains.
Combien pèse un grain de sable ? Supposons que nous ayons affaire à des grains de quartz. Le quartz a une densité de 2,65 grammes par centimètre cube. Un grain d’un diamètre de 2 millimètres ne représente qu’un peu plus de quatre milliers de centimètres cubes et pèse environ 0,011 gramme. Je ne donne pas la masse d’un grain plus petit, le nombre serait ridiculement petit mais vous pouvez facilement le calculer en divisant 0,011 par 32 768.
Maintenant, nous savons que même les plus gros grains de sable sont légers. Que diriez-vous du nombre de grains que nous pouvons insérer dans un récipient avec un volume défini, disons 1 centimètre cube? Pour calculer cela, nous devons savoir combien de grains nous pouvons presser dans ce récipient. Les calculs théoriques montrent que si les grains sont placés irrégulièrement, vous ne pouvez pas obtenir un meilleur emballage qu’environ 63%. Cela signifie qu’environ 37% de votre conteneur sera rempli d’air, d’eau ou autre chose. Il constitue le volume de l’espace interstitiel qui est une mesure très importante si nous essayons de calculer, par exemple, la quantité de pétrole brut qu’une couche de grès peut contenir. Un calcul simple donne le résultat qu’un centimètre cube peut contenir 151 grains de sable d’un diamètre de 2 mm et 4 959 645 grains de sable d’un diamètre de 62,5 micromètres.
La plupart des collecteurs de sable préfèrent avoir au moins 30 ml de sable par échantillon. Je suis une exception car je suis satisfait de beaucoup moins que cela. Voici quelques calculs pour lesquels c’est le cas. Supposons que le grain de sable moyen ait un diamètre de 250 micromètres (il s’agit d’une limite entre le sable à grain fin et moyen). Si vous avez 30 ml d’un tel sable, vous avez alors 2 324 833 grains de sable. En avez-vous vraiment besoin si votre objectif est d’obtenir un aperçu général de la composition des échantillons de sable? Certainement pas. Même un centième de cela suffit. C’est la base de mon affirmation selon laquelle si vous avez un échantillon de sable très intéressant mais que vous ne pouvez envoyer qu’un gramme, je serais toujours heureux. C’est plus que ce dont j’ai besoin.
Peut-on essayer d’estimer combien de grains de sable y a-t-il dans le monde entier ? Eh bien, personne ne les a jamais comptés, mais je pense que nous pouvons faire des estimations très approximatives. Il y a environ 200 millions de kilomètres cubes de sédiments continentaux. En supposant qu’environ le quart de celui-ci est du sable, le volume total de sable est peut-être de 50 millions de kilomètres cubes. Si nous supposons que le grain de sable moyen a un diamètre de 250 micromètres, nous avons environ 4 x 1027 grains de sable dans la croûte.
C’est un nombre vraiment énorme. Je me souviens que Carl Sagan a dit un jour dans sa série télévisée Cosmos qu’il y avait peut-être plus d’étoiles dans l’Univers que de grains de sable sur toutes les plages. C’est peut-être vrai, mais les plages ne sont pas les seuls endroits où l’on peut trouver du sable. Si nous calculons le nombre de grains de sable recouvrant la croûte, je pense que les grains de sable ont encore le dernier rire.
| Taille des grains (µm) | Nom de l’agrégat | Différence de volume | No. of grains in 1 cm3 |
|---|---|---|---|
| 62.5 | Very fine sand | 1 | 4,959,645 |
| 125 | Fine sand | 8 | 619,956 |
| 250 | Medium sand | 64 | 77,494 |
| 500 | Coarse sand | 512 | 9687 |
| 1000 | Very coarse sand | 4096 | 1211 |
| 2000 | Gravel | 32,768 | 151 |