Stick-slip et transition de broutage dans les essais triaxiaux sur billes de verre

par Florence Adjémian

Thèse de doctorat en Mécanique et physique des milieux granulaires

Sous la direction de Pierre Evesque.

Soutenue en 2003

à Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris , en partenariat avec Laboratoire mécanique des sols, structures et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne) (laboratoire) .

mots clés

• Stick slip
• Billes de verre
• Essais triaxiaux
• Frottement
• Fluctuations (physique)
• Essais de compression
• Milieux granulaires

Résumé

Ce travail expérimental a consisté à caractériser le comportement particulier de stick-slip observé dans des empilements 3D de billes de verre soumis à une compression uni-axiale verticale. Ce comportement de stick-slip diffère du comportement classique d'un sol, qui est généralement régulier et lisse, et quasi-statique; ici les échantillons de billes étudiés engendrent par intermittence des chutes de force (stick-slip) et ils sont rhéo-fluidifiants. Les nombreux essais réalisés à différentes valeurs des paramètres extérieurs ont permis de définir les variables intrinsèques principales, qui sont l'amplitude. 1f et l'intermittence M;, et les paramètres de contrôle, qui sont la vitesse de compression et le nombre de grains formant l'empilement. L'analyse statistique des données a démontré que la forme des distributions des variables. 1f etM: variait au passage entre un petit échantillon (distribution exponentielle) et un grand échantillon (distribution gaussienne) de telle sorte que le comportement d'erratique devient quasi-périodique. La périodicité obtenue dans les grands échantillons est caractéristique d'un comportement gouverné par une loi macroscopique. En diminuant le nombre de grains, lesfluctuations locales deviennent non négligeables et déclenchent des instabilités provoquant un stick-slip erratique. L'étude de la régression des fluctuations observées dans des échantillons à comportement régulier en fonction de la taille de l'échantillon et l'application du théorème central limite ont permis de redéfinir la notion de volume élémentaire représentatif (VER) et de montrer que ce VER est de (1 à 3)3 grains en temps normal. Par contre, le VER des échantillons avec "stick-slips" est beaucoup plus grand (>107 grains) car il correspond au comportement quasi-périodique. Le comportement rhéo-fluidifiant met en évidence l'importance de la physico-chimie au contact grain-grain, et des effets de mémoire associée. On propose donc enfin une expérience de diffusion multiple d'ondes ultrasonores pour obtenir des informations sur le mouvement des contacts au cours de la compression; et on montre sa faisabilité.

Titre traduit

Stick-slip and transistion of Jerky movement on glass beads in triaxial tests

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