Assemblées de grains lubrifiés : Elaboration d'un système modèle expérimental et étude de la loi de contact

• Auteur / Autrice : Olivier Pitois
• Direction : Daniel Maugis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Marne-la-vallée, ENPC
• Jury : Président / Présidente : Henri Van Damme
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ludwik Leibler, Jean-Michel Piau, Martin Shanahan, Claire Weill
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Elisabeth Charlaix, Laurent Limat

Mots clés

Mots clés libres

Physique

Domaines interdisciplinaires

Sciences de matériaux

Rhéologie

Matériau granulaire

Empilement

Liquide mouillant

Procédé revêtemen

Intéraction particule

Particule sphérique

Lubrification

Interface liquide

Etude expérimentale

Résumé

Ce travail s’inscrit dans le cadre plus général de l’étude expérimentale des milieux granulaires humides. On s’intéresse ici en particulier à la détermination expérimentale de la loi d’interaction entre deux particules séparées par un pont de liquide visqueux (loi de contact). Du point de vue de l’empilement de particules contenant un liant visqueux, nous avons cherché à « fabriquer » un système expérimental modèle, constitué de sphères rigides enrobées de couches déformables d’épaisseur contrôlée. Concernant la loi de contact, un dispositif expérimental spécifique a été réalisé. Il a permis en particulier d’étudier très finement le cas d’un ménisque d’huile situé entre deux sphères en déplacement. Les effets de la gravité et de la viscosité du liquide ont été déterminés pour quelques caractéristiques du ménisque (forces exercées et distances de ruptures). Ce dispositif s’est avéré également très approprié pour étudier des situations plus complexes : film de bitume entre deux surfaces rugueuses, séchage d’un ménisque d’émulsion eau/bitume. Une seconde partie traite le problème d’une sphère chutant et s’enrobant à travers une interface formée entre deux liquides non miscibles. Cette technique d’enrobage, que nous avons utilisée pour préparer des empilements de billes enrobées, permet de faire varier assez simplement le volume déposé autour d’une sphère. Deux expériences spécifiques ont permis de montrer que le volume emporté par la sphère et la durée du franchissement pouvaient s’exprimer de manière simple en fonction du nombre β comparant le poids apparent de la sphère aux forces de tension de surface. La construction d’une « station d’enrobage » et le choix d’un système d’enrobage particulier ont permis de préparer des empilements compacts de sphères contenant des fractions volumiques ajustables en liant visqueux. La réalisation d’une cellule de compression œdométrique a permis de commencer quelques premiers essais de compaction sur des empilements de grains secs.