Ecoulements granulaires sur fond meuble

par Pierre Jop

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Olivier Pouliquen.

Soutenue en 2006

à Aix-Marseille 1 , en partenariat avec Institut universitaire des systèmes thermiques industriels (Marseille) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Bien qu’assez répandus dans le milieu naturel et dans diverses activités industrielles, les écoulements granulaires denses possèdent des caractéristiques particulières qui semblent dépendre fortement des géométries observées. Lorsque le fond qui supporte la coulée peut être érodé, les mécanismes déterminant la position de l’interface liquide-solide ou la vitesse à laquelle la pente est dévalée ne sont pas encore bien compris. Ceci provient du manque de connaissance de la rhéologie des écoulements granulaires et constitue le cœur de cette thèse. Ce travail s’articule principalement en trois parties. Premièrement, dans le but de fournir une description détaillée des écoulements sur tas, une étude expérimentale systématique des écoulements stationnaires a été menée dans un canal. Nous avons ainsi pu mettre en évidence l’importance des parois latérales du système dans le cadre des écoulements à la surface d’un tas : les propriétés de l’écoulement sont complètement contrôlées par la largeur du canal. Ce constat nous a ensuite conduit à la proposition d’une modélisation fondée sur une rhéologie récemment développée. Cette rhéologie a été ensuite étendue à trois dimensions et appliquée à notre configuration. Des simulations numériques permettent de reproduire correctement les propriétés des écoulements stationnaires. Nous avons enfin étudié un phénomène transitoire particulier afin de comprendre la manière dont l’épaisseur coulante évolue. Malgré la présence de certaines limitations, ce travail montre qu’une description locale des écoulements granulaire est appropriée et que la rhéologie proposée ouvre la voie à des modélisations plus complètes des écoulements granulaires denses.

  • Titre traduit

    Granular flows on erodible ground


  • Résumé

    Dense granular flows, which are common in nature and industry, have peculiar characteristics that seem to strongly depend on geometries. When the bottom, which supports the flow, can be eroded, the mechanisms determining the position of the liquid-solid interface or the velocity of the grains down the slope are not yet well understood. This case underlines the lack of knowledge about the rheology of dense granular flows. The experimental study of flows on heap is the central part of this thesis. In order to provide a detailed description of flows on heap, we first carried out an experimental study of the stationary flows in a channel. Systematic measurements allowed us to highlight the important role of sidewalls in such systems: the flow properties are completely controlled by the width of the channel. According to this result, we proposed a model based on a recent rheology. This rheology has been then extended to three dimensions and was applied to our configuration. Numerical simulations quantitatively reproduce the properties of steady flows. We finally studied a peculiar avalanche in order to understand the exchange between the flowing layer and the bottom by following the flowing-thickness during the transient regime. In spite of some limits, this work shows the relevance of a local rheology, which opens the way to more complete model of the dense granular flows.

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  • Détails : 1 vol. (166 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 159-166

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  • Cote : 06 AIX1 1013
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