Lorsque la concentration de la suspension en matières solides dépasse une certaine valeur, les particules en cours de sédimentation interfèrent entre elles, les plus rapides étant freinées par la chute des plus lentes. Ce phénomène peut s'accompagner d'agglomération des particules. D'autre part, les matières solides en mouvement déplacent un volume équivalent d'eau, qui s'écoulera avec une vitesse ascendante non négligeable. Tous ces mécanismes concourent à diminuer la vitesse de sédimentation.

En pratique, on constate, lorsqu'on effectue un essai discontinu de sédimentation dans un tube, qu'il se forme rapidement une interface nette entre un liquide surnageant clarifié et une phase fluide contenant la quasi totalité des matières en suspension.

Figure 1. 21  : position de l'interface en fonction du temps

La position de cette interface en fonction du temps est décrite par la courbe (Figure 1. 21) ci-dessus, qui présente quatre phases distinctes :

• La phase A – B au cours de laquelle la surface de séparation est plus ou moins nette, et correspond à une étape de coalescence des flocs, qui n'apparaît pas dans tous les cas,
  
  
• La phase B – C au cours de laquelle la vitesse de chute est constante v₀ et égale à la pente du segment BC.
  
  v₀ est fonction, pour un tube de dimensions données, de la concentration initiale en matières solides et de l'aptitude à la floculation de la suspension. Lorsque la concentration initiale C₀ augmente, la vitesse de décantation u_l diminue.
  
  
• Le tronçon C - D, concave vers le haut, correspond à un ralentissement progressif de la vitesse de chute de la couche supérieure du dépôt.
  
  
• A partir de D, les particules se touchent, et exercent une compression sur les couches inférieures.

La Figure 1. 21 ci-dessus permet de définir deux phases de sédimentation obéissant à des lois différentes :

• la phase correspondant à la portion de courbe ABCD, que nous appellerons "sédimentation freinée", mise à profit dans les décanteurs et clarificateurs traitant des suspensions concentrées,
• la phase correspondant à la portion DE, appelée "phase de compression", mise en œuvre dans les épaississeurs de boues.

Examinons les lois qui régissent ces deux phénomènes et les applications qui peuvent en découler.