Thèse soutenue

Avalanches granulaires en milieu fluide

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Auteur / Autrice : Sylvain Courrech du Pont
Direction : Philippe Gondret
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique macroscopique
Date : Soutenance en 2003
Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

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Résumé

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Considérons une boîte remplie de grains et inclinons-la progressivement. Au-dessus d'un angle critique, un écoulement de surface se déclenche. Cette avalanche, d'amplitude et de durée finie, fait relaxer l'angle du tas de quelques degrés. Ce processus intervient fréquemment dans la nature, notamment sous la forme d'écoulements de débris qui se produisent aussi bien à la surface de la terre que dans les fonds marins. Cependant, les écoulements denses de granulaires immergés dans un liquide ont été peu étudiés. Ainsi, le travail expérimental rapporté dans ce manuscrit s'attache à déterminer l'influence d'un fluide environnant, gaz ou liquide, sur l'amplitude et la dynamique des avalanches. Nous mettons en évidence trois régimes d'avalanches contrôlés par deux paramètres sans dimension: le rapport r entre la densité des grains et celle du fluide, et le nombre de Stokes St qui compare l'inertie d'un grain aux effets visqueux du fluide. Dans un gaz (grandes valeurs de r et de St), l'effet du fluide est négligeable. Dans les liquides (petites valeurs de r), l'amplitude des avalanches diminue tandis que leur durée augmente lorsque St diminue. Dans une deuxième partie, nous étudions l'effet d'un confinement du tas entre deux parois latérales sur sa stabilité. Maximale quand l'écart entre parois est minimum, la valeur des angles diminue sur une longueur caractéristique B lorsque l'écart entre parois augmente. Cet effet peut s'expliquer par la redirection d'une partie des contraintes internes au tas vers les parois, ce qui y induit des forces de frottement prévenant ou bloquant l'écoulement. Deux lois d'échelles dépendantes de la taille des grains sont mises en évidence pour la longueur B : l'effet des parois est géométrique pour les gros grains alors qu'un régime cohésif est observé pour les petits grains. Enfin, nous rapportons les résultats de premières expériences dans l'air où la vitesse des grains est mesurée et apparaît exponentiellement décroissante avec la profondeur.