Etude experimentale de l'equilibre mecanique d'un milieu granulaire : exemples du silo et du tas de sable

• Auteur / Autrice : Loïc Vanel
• Direction : Éric Clément
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

Les forces de contact dans un milieu granulaire se repartissent de facon tres inhomogene en un reseau de chaines de forces qui supporte la plus grosse partie des contraintes. Cette these a pour objet de mieux cerner l'importance des chaines de forces dans la description des proprietes d'equilibre mecanique d'un milieu granulaire. La mesure de forces dans un milieu granulaire est delicate a cause d'un couplage fondamental entre les deformations du capteur et la mobilisation des forces de friction entre grains ou entre grains et paroi. Un protocole de mesure bien defini permet cependant d'obtenir des resultats reproductibles et significatifs. Nous nous sommes interesses aux liens qui existent entre la structure de l'empilement granulaire et la repartition des contraintes. Sous l'effet d'un cisaillement ou de vibrations, l'equilibre d'une colonne granulaire dans un silo evolue considerablement ainsi que la structure de l'empilement comme le revelent des mesures de densite moyenne et locale. Sous le sommet d'un tas de sable forme par ecoulement des grains en avalanches, nous observons un minimum ou trou de pression, alors que la pression est maximum si les grains sont deposes en couches horizontales. Les fluctuations residuelles de la pression sont mesurees en fonction de la taille des grains ou de la hauteur de remplissage du silo. La plupart de nos observations sont qualitativement et quantitativement bien reproduites par le modele osl dans lequel les contraintes se propagent selon deux directions dont l'une s'identifie a la direction moyenne des chaines de forces. La notion de propagation de forces permet de comprendre la distribution de pression sous un tas ou la forme de la courbe de saturation de la pression dans un silo, y compris les oscillations de la pression en presence d'une surcharge. Nous proposons aussi un modele de durcissement d'arches qui permet d'expliquer l'existence d'un mode d'ecoulement fragmentaire apres renversement d'un tube rempli de grains.