Étude des propriétés mécaniques et acoustiques d'un milieu granulaire sous chargements cycliques

par Amandine Miksic

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Xiaoping Jia et de Guy Bonnet.

Soutenue le 18-09-2008

à Paris Est , dans le cadre de Information, Communication, Modélisation et Simulation , en partenariat avec Laboratoire Physique des Matériaux Divisés et des Interfaces (LPMDI) (laboratoire) et de Équipe Milieux granulaires et Acoustique des milieux divisés (équipe de recherche) .

Le jury était composé de Guy Bonnet, Pierre Evesque, Xiaoping Jia, Pierre Mills, Pierre-Yves Hicher, Jean-Noël Roux.

Les rapporteurs étaient Pierre Evesque, Pierre-Yves Hicher.


  • Résumé

    Ce travail porte sur la caractérisation, par une méthode acoustique, du comportement mécanique d’un milieu granulaire sous chargement cyclique. La propagation d’ondes ultrasonores, à travers le réseau des contacts supportant les efforts dans l’échantillon, permet de sonder les propriétés viscoélastiques de ces milieux hétérogènes. Dans une première partie, nous étudions le comportement visco-élasto-plastique d’un empilement de billes de verre lors d’un essai oedométrique. Nous examinons en particulier le tassement, ou la déformation résiduelle, et la dissipation hystérétique, en fonction du nombre de cycles, du taux de déformation et de l’état de surface des billes. Nous montrons que les modules déduits des donnés mécaniques (déformation e ~ 10?4-10?³) sont dix fois plus petits que ceux obtenus par les mesures acoustiques (e ~ 10?7) à cause de la réponse non linéaire du milieu. Dans une seconde partie, nous nous intéressons au fluage et à la relaxation de contrainte du milieu. L’originalité de cette étude est le suivi par la mesure de la vitesse du son, qui présente une augmentation de type logarithmique dans les deux types d’essais. Le modèle basé sur la mécanique des microcontacts entre grains rugueux décrit bien nos résultats expérimentaux

  • Titre traduit

    Study of mechanical and acoustical properties of a granular medium under cyclic load


  • Résumé

    This work deals with the characterization, by an acoustical method, of the mechanical behaviour of a dry dense granular medium under cyclic loading using an acoustic technique. The sound propagation through the contact-force network supporting the external load offers a non-invasive probe of the viscoelastic properties of such heterogeneous media. First, we study the visco-elasto-plastic response of the glass bead packing during an oedometric test and investigate the settlement or residual deformation and the hysteretic dissipation as function of loading cycles, strain rate and the surface state of the grains. We show that the modulus deduced from mechanical results (strain e ~ 10?4-10?³)) are about tens time smaller than those from acoustic measurements (e ~ 10?7) due to the nonlinear response of the material. Next, we examine creep and relaxation phenomena of the granular medium. The novelty of our study lies in the simultaneous monitoring of the sample using acoustic measurements. We find quasi-logarithmic increase of sound velocities in both mechanical tests. The model based on the mechanics of micro-contact between rough grains describes fairly well our experimental results


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