Rhéologie des poudres cohésives : expériences et modélisation

Rheology of cohesive powders : experiments and modelisation

• Auteur / Autrice : Adrien Gans
• Direction : Maxime Nicolas, Olivier Pouliquen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Mécanique et physique des fluides
• Date : Soutenance le 19/07/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences pour l'ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut universitaire des systèmes thermiques industriels, IUSTI (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Restagno
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Faug, Marie-Caroline Jullien, Lydie Hélène Staron, Alban Sauret
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Grégoire Rognon, Sébastien Kiesgen de Richter

Mots clés

Mots clés contrôlés

Poudres

Milieux granulaires

Rhéologie

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Granular materials

Powders

Cohesion

Milieux granulaires

Poudres

Cohésion

Résumé

Les milieux granulaires constituent une des ressources primaires les plus utilisées dans le monde, particulièrement dans l’industrie. Parmi la diversité de matériaux granulaires existants, les poudres cohésives constituent l’un des matériaux les plus délicats à manipuler. Comprendre le comportement de ces poudres en écoulement et développer des outils adaptés à leur manipulation constitue donc un enjeu industriel majeur. Cependant la difficulté d’étudier ces poudres cohésives réside dans la diversité des interactions cohésives entre les grains qui les composent. Dans le but de comprendre les effets de la cohésion sur les écoulements de poudres, une première étape consiste donc à concevoir un milieu cohésif modèle dont on peut contrôler la cohésion, et qui soit peu sensible aux conditions expérimentales. Le travail proposé dans cette thèse est de développer des méthodes permettant de caractériser et quantifier la cohésion inter-particules ainsi que la cohésion macroscopique d’un milieu granulaire cohésif modèle (CCGM), puis de concevoir des dispositifs expérimentaux permettant d'étudier le comportement du CCGM en écoulement. Les résultats expérimentaux seront comparés à des résultats obtenus grâce à des simulations numériques, basées sur un modèle de rhéologie granulaire continue à laquelle une contrainte seuil de mise en écoulement dépendante de la cohésion est ajoutée, réalisées par Pierre-Yves Lagrée et Anaïs Abramian, ainsi que des simulations de dynamiques des contacts réalisées par Lydie Staron et Sandip Mandal. La pertinence de cette modélisation continue sera discutée à travers les chapitres

Granular media is one of the most widely used primary resources in the world, particularly in industry. Among the diversity of existing granular materials, cohesive powders are one of the more challenging material to handle. Understanding the behaviour of these powders and developing adapted tools to their handling is therefore a major industrial challenge. However, the difficulty of studying these cohesivepowders lies in the diversity of cohesive interactions between the grains. In order to understand the effects of cohesion on powder flows, a first step is to design a model cohesive medium whose cohesion can be controlled and which is weakly sensitive to experimental conditions. The work proposed in this thesis is to develop methods to characterize and quantify the inter-particle cohesion as well as the macroscopic cohesion of a model cohesive granular medium (CCGM), and then to design experimental devices to study the flow behaviour of the CCGM. The experimental results will be compared to results obtained through numerical simulations, based on a model of continuous granular rheology enhanced with a yield stress, carried out by Pierre-Yves Lagrée and Anaïs Abramian, as well as contact dynamics simulations by Lydie Staron and Sandip Mandal. The relevance of this modelisation will be discussed in the different chapters