Fragmentation explosive d'anneaux et de coques

par Alexandre Vledouts

Thèse de doctorat en Mécanique et physique des fluides

Sous la direction de Michel Provansal et de Nicolas Vandenberghe.

Le président du jury était Emmanuel Villermaux.

Le jury était composé de Michel Provansal, Nicolas Vandenberghe, Dominic Vella, Luc Vervisch, Hanneke Gelderblom, Sergey Gavrilyuk, Alain Molinari.

Les rapporteurs étaient Dominic Vella, Luc Vervisch.


  • Résumé

    On s'intéresse à la fragmentation d'objets cohésifs au travers d'un ensemble d'expériences modèles. Dans une première expérience, on force l'extension radiale d'un anneau formé de grains cohésifs (billes magnétiques ou billes de polymères liées par des ponts liquides). Sous l'effet de l'extension, les grains se séparent, puis, à cause de la cohésion, ils entament une dynamique d'agrégation qui conduit à la formation de fragments de tailles diverses. On montre que la distribution des tailles de fragments ainsi formés converge vers une loi de distribution Gamma et on propose un modèle expliquant l'évolution auto-similaire de la distribution. Dans un deuxième temps, on introduit une distribution d'intensité des liaisons entre les grains. La fragmentation en présence de ces "défauts" conduit à une distribution des tailles de fragments plus large, mais dont la loi est conservée. Dans une dernière étude, une coque sphérique composée de liquide est forcée à s'étendre par la combustion d'un mélange de gaz réactif emprisonné à l'intérieur de celle-ci. La distribution des tailles des gouttes qui en résulte obéit à la même famille de lois de distribution que celles observées pour les anneaux composés de grains cohésifs. Dans cette dernière expérience, le rôle des défauts est joué par les instabilités hydrodynamiques se développant sur la surface de la coque liquide au cours de son extension. Ainsi la largeur de la distribution des tailles de gouttes dépend de la vigueur de l'extension de la coque liquide.

  • Titre traduit

    Explosive fragmentation of rings and shells


  • Résumé

    We are studying the fragmentation of cohesive objects through a set of model experiments. In a first experiment, we force the radial extension of a ring made of cohesive grains (magnetic beads or polymer beads bonded with liquid bridges). Because of the extension, the grains separate from each other, then, because of the cohesion, start an aggregation dynamic leading to the formation of fragments of different sizes. We show that the distribution of the fragment sizes formed in this way converge to a Gamma law distribution and we propose a model explaining the self-similar evolution of the distribution. On a second part we introduce a distribution of intensities of the bonds between the grains. The fragmentation in the presence of "defects" leads to a broader size distribution, with the same law. In a last study, a spherical shell composed with liquid is forced to extend by the combustion of a reagent mixture of gas confined inside. The drop size distribution observed is conform to the same family of distribution laws found for the rings composed with cohesive grains. In this last experiment the role of defects is played by the hydrodynamic instabilities developing on the surface of the liquid shell under extension. Thus the broadness of the drop size distribution depends on the strength of extension of the liquid shell.


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