Comportement vitreux des systèmes athermiques : étude expérimentale d'un matériau granulaire bidimensionnel

par Guillaume Marty

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Olivier Dauchot.


  • Résumé

    Cette thèse aborde le comportement vitreux des systèmes athermiques à travers le cas des matériaux granulaires. Le dispositif expérimental consiste en un empilement horizontal bidimensionnel de 8000 cylindres métalliques, cisaillé cycliquement et de manière quasi-statique dans un cadre articulé, le mouvement des grains d'un cycle à l'autre étant enregistré. Par une étude détaillée des propriétés de diffusion des grains et une comparaison avec des études sur des systèmes thermiques modèles (colloïdes) et des simulations numériques, nous montrons d'abord que l'analogie entre matière granulaire au voisinage de la transition de jamming et systèmes vitreux trouve son origine à l'échelle de la particule. Nous nous intéressons ensuite au phénomène d'hétérogénéités dynamiques, responsable de la relaxation non exponentielle de ce type de système. Au-delà de la mesure de quantités importantes comme la taille et le temps de vie typiques des hétérogénéités, que nous comparons à nouveau avec les systèmes vitreux thermiques, nous avons mesuré pour la première fois de manière directe sur des données expérimentales des fonctions de corrélation à 4 points (susceptibilité dynamique). Le comportement de ces fonctions est confronté aux prédictions théoriques. Nous avons également étudié en détail la structure de l'empilement, du point de vue des défauts dans le nombre de voisins des particules. Ces défauts présentent une structure et une dynamique hétérogènes. La recherche de corrélations possibles avec les hétérogénéités dynamiques a été menée. Enfin, nous proposons, parfois en nous appuyant sur des premiers essais expérimentaux, de futures pistes de recherche offertes par notre dispositif.

  • Titre traduit

    Glassy behavior of athermal systems : experimental study of a two-dimensional granular material


  • Résumé

    A study of the glassy behavior of athermal systems, through the case of granular materials, is reported. The experimental setup consists in a two-dimensional horizontal pile made of 8000 metallic cylinders, submitted to a quasistatic cyclic shear, which positions at the end of each cycle are recorded. First, thanks to a detailed study of the diffusion properties of the grains and a comparison with studies of model thermal systems (colloids) and numerical simulations, we show that the analogy between granular matter close to the jamming transition and glassy systems originates at the particle scale. We then study dynamic heterogeneities, responsible for the non-exponential relaxation of these systems. Apart from the measurement of important quantities like the typical size and lifetime of these heterogeneities, which we compare again with thermal glassy systems, we perform the first direct measurement from experimental datas of 4-point correlation functions (dynamical susceptibility). The behavior of these functions is compared with theoretical predictions. We study in detail the structure of the pile, in terms of defects in the number of neighbors of the particles. These defects present heterogeneous structure and dynamics. The search for possible correlations with dynatnica heterogeneities is performed. Finally, we suggest, sometimes after experimental tests, future applications of our setup.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (128 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 121-125

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2005)127
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.