Thèse soutenue

Analyse mésoscopique de la transition inertielle dans les milieux granulaires

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Auteur / Autrice : Adriane Clerc
Direction : Stéphane BonelliAntoine WautierFrançois Nicot
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Mécanique des solides
Date : Soutenance le 10/02/2022
Etablissement(s) : Aix-Marseille
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille ; 2000-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : INRAE (Aix-en-Provence)
Jury : Président / Présidente : Farhang Radjaï
Examinateurs / Examinatrices : Vanessa Magnanimo
Rapporteurs / Rapporteuses : Claudio Di Prisco, Jérôme Crassous

Résumé

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L’un des caractères remarquables des milieux granulaires est leur capacité à se comporter comme un solide ou un fluide. La transition inertielle, passage d’un régime quasi-statique à un régime dynamique, est assimilable à un brusque changement de comportement solide-fluide. Les bouffées d’énergie cinétique, premiers signes d’une instabilité, sont analysées à l’échelle mésoscopique en simulant des matériaux granulaires quasi 2D, soumis à un cisaillement, avec ou sans gravité. Les cycles de grains sont des structures permettant une analyse fine de l’évolution du milieu à une échelle intermédiaire, entre celle des grains et celle du volume élémentaire représentatif. Sur cette base, une échelle mésoscopique est définie, ainsi que des grandeurs mésoscopiques, notamment un tenseur des contraintes et un travail du second-ordre mésoscopiques. Lors d'essais biaxiaux sans gravité, il est observé que des bouffées d’énergie cinétique apparaissent dans des zones lâches, où les contacts sont plus proches du seuil de glissement que dans le reste de l’échantillon. L’évolution des mésostructures illustre les réorganisations microscopiques localisées dans le temps et dans l’espace créées par une bouffée localisée. Ces observations montrent que le critère du travail du second ordre est aussi applicable à l’échelle mésoscopique et que son annulation est un précurseur à l’apparition d’une bouffée d’énergie cinétique. Des résultats similaires sont retrouvés lors du déclenchement d'un glissement d’une pente soumise à la gravité. Plus la pente augmente, plus les réorganisations liées aux bouffées sont fréquentes, jusqu’à un glissement généralisé qui marque la fin de la transition inertielle