Éléments de physique statistique appliqués à la rhéologie des milieux granulaires : le modèle du château de sables mouvants

par Philippe Marchal

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Lionel Choplin.

Soutenue en 2002

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .


  • Résumé

    Selon la nature des sollicitations mécaniques auxquelles ils sont soumis, les milieux granulaires peuvent avoir des comportements qui s'apparentent à ceux des solides, des liquides ou des gaz, en particulier en ce qui concerne le mode de transmission des contraintes (élastique, frictionnel, collisionnel). Les expériences et les simulations numériques, relatives à l'étude de la distribution des contacts intergranulaires dans des poudres denses, montrent que les contraintes s'y répartissent en un réseau hétérogène qui leur confère une certaine élasticité. Cependant, seule une faible fraction des grains prend part à ce réseau. La majeure partie d'entre eux est emprisonnée au sein de l'enchevêtrement de contacts élastiques et se comporte comme une inclusion liquide donnant lieu à une dissipation de type visqueuse de l'énergie mécanique. Ainsi, les systèmes granulaires denses présentent simultanément des caractéristiques élastique et visqueuse puisque les états solide et liquide y coexistent. Les caractérisations rhéologiques de poudres denses, fluidisées sous l'effet de vibrations mécaniques, montrent qu'elles se comportent comme des fluides condensés non newtoniens et confirment leur ambivalence viscoélastique. Nous avons montré qu'il était possible de modéliser ce comportement en s'inspirant du postulat d'évolution de la physique statistique. L'évolution considérée concerne la redistribution du réseau de contraintes qui se traduit à l'échelle des grains par des transitions entre les états solide au sein du réseau et liquide au sein des inclusions. La dynamique des transitions a été décrite par une équation cinétique sur la base de la distribution canonique du volume libre des grains, les transitions étant induites soit par les vibrations (température granulaire) soit par les sollicitations mécaniques générées par le rhéomètre (champs de contraintes et de déformations). Le modèle obtenu permet, notamment, de décrire l'évolution de la viscosité en régime permanent en fonction de la vitesse de cisaillement, de la fréquence et de l'énergie de vibration ou du volume du système granulaire.

  • Titre traduit

    Elements of statistical physics applied to the rheology of granular media : the castle of quicksand model


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  • Détails : 1 vol. (178 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.169-178

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  • Cote : 2002 MARCHAL P.

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