Assemblées de grains lubrifiés : Elaboration d'un système modèle expérimental et étude de la loi de contact

par Olivier Pitois

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Daniel Maugis.

Soutenue en 1999

à Marne-la-vallée, ENPC .

Le président du jury était Henri Van Damme.

Le jury était composé de Ludwik Leibler, Jean-Michel Piau, Martin Shanahan, Claire Weill.

Les rapporteurs étaient Elisabeth Charlaix, Laurent Limat.


  • Résumé

    Ce travail s’inscrit dans le cadre plus général de l’étude expérimentale des milieux granulaires humides. On s’intéresse ici en particulier à la détermination expérimentale de la loi d’interaction entre deux particules séparées par un pont de liquide visqueux (loi de contact). Du point de vue de l’empilement de particules contenant un liant visqueux, nous avons cherché à « fabriquer » un système expérimental modèle, constitué de sphères rigides enrobées de couches déformables d’épaisseur contrôlée. Concernant la loi de contact, un dispositif expérimental spécifique a été réalisé. Il a permis en particulier d’étudier très finement le cas d’un ménisque d’huile situé entre deux sphères en déplacement. Les effets de la gravité et de la viscosité du liquide ont été déterminés pour quelques caractéristiques du ménisque (forces exercées et distances de ruptures). Ce dispositif s’est avéré également très approprié pour étudier des situations plus complexes : film de bitume entre deux surfaces rugueuses, séchage d’un ménisque d’émulsion eau/bitume. Une seconde partie traite le problème d’une sphère chutant et s’enrobant à travers une interface formée entre deux liquides non miscibles. Cette technique d’enrobage, que nous avons utilisée pour préparer des empilements de billes enrobées, permet de faire varier assez simplement le volume déposé autour d’une sphère. Deux expériences spécifiques ont permis de montrer que le volume emporté par la sphère et la durée du franchissement pouvaient s’exprimer de manière simple en fonction du nombre β comparant le poids apparent de la sphère aux forces de tension de surface. La construction d’une « station d’enrobage » et le choix d’un système d’enrobage particulier ont permis de préparer des empilements compacts de sphères contenant des fractions volumiques ajustables en liant visqueux. La réalisation d’une cellule de compression œdométrique a permis de commencer quelques premiers essais de compaction sur des empilements de grains secs.


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  • Résumé

    This work is in keeping with the more general experimental study of wet granular media. We have been focussed in particular on the measure of the contact law between two particles separated by a viscous liquid bridge. With regard to packings of particles containing e viscous binder, we have tried to prepare a model experimental system, constituted of rigid spheres coated with a deformable shell of controlled thickness. Concerning the contact law measurement, a dedicated experimental setup has been constructed. It allowed the accurate study of an oil meniscus between two spheres in relative axial displacement. Gravity and viscous effects on the forces exerted by the meniscus and its rupture distance have been accurately determined. This setup also allowed the study of more complex situations : bitumen film between two solid surfaces, drying of a bitumen/water emulsion. A second part deals with the problem of a sphere crossing an interface formed between two immiscible liquids. This coating method, that we used for preparing packings of coated beads, allows the control of the volume of viscous liquid surrounding each sphere. The results obtained from two dedicated experiments showed that the volume of viscous liquid carried by the spheres can be simply expressed as a function of the number β comparing the apparent weight of the sphere and the surgace tension forces. The construction of a « coating machine » and the choice of a particular coating system allow to prepare compact spheres packings with adjustable viscous binder volume fractions. Finally, some compaction tests on granular media are performed with a dedicated œdometric compression cell.

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Informations

  • Détails : 1 vol (221 p.)
  • Annexes : Bibliogr.129 ref. p. 211-221

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