Ecoulement de surface et compaction des milieux granulaires

par Thomas Boutreux

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Pierre-Gilles de Gennes.

Soutenue en 1998

à Paris 6 .

mots clés

Résumé

Les milieux granulaires sont des systèmes composés d'un grand nombre de particules macroscopiques (par exemple des grains de sable). La première partie du travail théorique exposé dans ce mémoire est consacrée aux écoulements de surface de ces milieux. Les écoulements peuvent être obtenus en penchant des grains au repos, jusqu'au déclenchement d'une avalanche. Nous commençons par généraliser un modèle proposé en 1994 par Bouchaud et al. , et nous l'appliquons à des situations concrètes. Dans chaque cas, nos prédictions sont comparées aux résultats expérimentaux disponibles. Nous décrivons ainsi des situations aussi diverses que le remplissage stationnaire d'un silo, l'arrêt d'un écoulement sur une pente faible ou contre une paroi immobile, ou les étapes successives des avalanches épaisses. Nous soulignons les variations de l'angle de repos des grains, suivant la forme du récipient et le flux des particules versées. Nous proposons ensuite une généralisation du modèle, afin de décrire les écoulements de milieux granulaires bidisperses (composés de deux types de particules). Notre description permet alors de rendre compte des diverses formes de ségrégation observées expérimentalement, suivant que les particules diffèrent par leur taille et/ou leurs propriétés de surface. Nous modélisons également dans cette etude deux mécanismes de compaction d'un milieu granulaire. Nous analysons d'abord les effets d'une vibration imposée au récipient contenant les particules. Nous obtenons une loi de tassement logarithmique pour un milieu monodisperse, et prédisons deux régimes successifs pour un milieu bidisperse. Enfin, nous décrivons la mise sous pression brutale d'un cylindre rempli de grains, durant laquelle la compaction est liée à la propagation de deux fronts d'onde distincts.

Titre traduit

Surface flows and compaction of granular media

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