Incorporation de liquide dans un milieu granulaire : mécanismes du mélange

Incorporation of liquid in a granular medium : mixture of mechanisms

• Auteur / Autrice : Gautier Lefebvre
• Direction : François Chevoir
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Surface du verre et interfaces
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Érosion

Viscosité

Milieux granulaires

Résumé

Les milieux granulaires, secs et humides, sont omniprésents dans la nature et également dans l'industrie. Néanmoins, à ce jour la façon dont est obtenue un mélange de liquide avec un matériau granulaire est mal connue. En particulier, on ignore les mécanismes permettant de réaliser le mélange, et la physique qui les gouverne. Comment un système hétérogène avec des zones riches en liquide et d'autres sèches, aux propriétés très différentes, va-t-il évoluer ? Ce travail commence par l'étude du mécanisme d'érosion d'un milieu granulaire humide et cohésif par un écoulement sec. Une première partie traite de la dynamique de ce processus dans une géométrie de tambour tournant. Nous avons pu observer que les propriétés des liquides impliqués ont une influence particulière sur la dynamique de rupture des ponts capillaires. Par ailleurs, les fluctuations de contrainte de l'écoulement se sont révélées cruciales dans ce phénomène. La mise en œuvre de l'érosion granulaire dans une géométrie de canal incliné a permis d'observer un phénomène d'instabilité basé sur le couplage entre l'érosion et la forme de l'interface. Nous avons déterminé les conditions d'existence de cette instabilité, et détaillé la morphologie des structures créées. Enfin nous avons étudié le mécanisme d'accrétion, qui participe au transport du liquide par la création de nouveaux ponts capillaire permettant l'agglomération de grains.

Granular media, dry and wet, are ubiquitous in natural environment and industry. However, how to mix a liquid in a granular medium is still an open question. More precisely, the mechanisms implied in the mixing and the related physics are not known. How will evolve a heterogeneous system containing highly saturated areas and dry areas, whose properties are very different? This work starts with the study of the erosion mechanism of a wet cohesive granular medium by a dry flow. The first part focuses on the dynamics of the process in a tumbler. We have showed that the liquid properties have a special influence on the capillary bridges rupture dynamics. On the other hand, fluctuations of the stress applied by the flow have proved to be crucial in this phenomenon. An inclined channel setting for the granular erosion has revealed an instability, based on the coupling between erosion and the shape of the interface. We have determined the conditions of occurrence of this instability, and described the morphology of the created structures. Finally, we have studied the accretion mechanism, involved in the liquid transport by the creation of new capillary bridges, allowing to agglomerate grains.