Influence des variations de température sur les matériaux granulaires

Influence of temperature variations on granular materials

• Auteur / Autrice : Baptiste Blanc
• Direction : Jean-Christophe Géminard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 16/10/2013
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (Lyon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique (Lyon ; 1988-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Dauchot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Christophe Géminard, Olivier Dauchot, Daniel Bonamy, Philippe Claudin, Axelle Amon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Daniel Bonamy, Philippe Claudin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Fluage

Température

Milieux granulaires

Mots clés libres

Matériaux granulaires

Température

Fluage

Friction

Grains

Temperature

Creep

Friction

Résumé

Une assemblée d’objets solides de taille typique d’une fraction de millimètre n’est pas sensible à l’agitation thermique. En effet, ces éléments sont trop massifs pour être mis en mouvement par le chaos moléculaire. Cependant, un tel empilement est susceptible de se réorganiser sous la seule influence des variations de température ambiante. Ces dernières induisent des changements de longueur certes relativement petits (coefficient de dilatation typique de l'orde de 10-5 K-1) mais, compte tenu de la rigidité de ces matériaux (module d’Young de l’ordre de 1011Pa), les déformations associées sont suffisantes pour créer des efforts capables de déplacer des grains de manière irréversible. Nous étudions expérimentalement la compaction d’une colonne de billes de verre soumise à des cycles de température. Imposer les variations de température par un fil tendu placé au centre de la colonne et alimenté par un courant sinusoïdal de fréquence assez haute permet de minimiser les effets de la dilatation du récipient. La dynamique du système est étudiée en fonction des caractéristiques du chauffage et des conditions mécaniques. Par ailleurs, d'un point de vue théorique, nous nous intéressons aux effets des variations de température sur un système discret modèle, des patins liés par des ressorts en contact frictionnel avec un plan incliné. Nous étudions l’influence de l’angle d'inclinaison et des caractéristiques des variations de température sur la reptation du système. Nous observons que proche d’une amplitude critique, entre mouvement et arrêt du système, ce dernier exhibe une dynamique intermittente.

An assembly of solid objects of typical size, a fraction of a millimeter is not sensitive to thermal agitation. Indeed, these elements are too massive to be moved by the molecular chaos. However, such a stack is likely to reorganize under the influence of ambient temperature variations. The latter lead to changes in length relatively small (coefficient of expansion typical of order 10-5 K-1), but, due to the rigidity of these materials (Young's modulus of about 1011Pa) deformations associated are sufficient to create stresses capable of moving grain irreversibly.We study experimentally the compaction of a column of glass beads subjected to temperature cycles. The temperature variations imposed by a stretched wire placed at the center of the column supplied by a high frequency sinusoidal current minimize the effects of expansion of the container. The dynamic of the system is studied for different heating and mechanical conditions.Moreover, from a theoretical point of view, we consider the effects of temperature variations on a discrete model system, sliders connected by springs in frictional contact with an inclined plane. We study the influence of the inclination angle and the characteristics of temperature variations on the creep of the system. We observe that close to a critical amplitude, between motion and rest, the system exhibits an intermittent dynamic.