Étalement de dispersions granulaires sous vibrations

Spreading of granular dispersions under vibrations.

• Auteur / Autrice : Ghita Marouazi
• Direction : Sébastien Kiesgen de Richter, Mathieu Jenny
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergie et mécanique
• Date : Soutenance le 14/11/2023
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Energies et Mécanique Théorique et Appliquée
• Jury : Président / Présidente : Claire Gaiani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Kiesgen de Richter, Mathieu Jenny, Blaise Nsom, Renaud Delannay, Agathe Chouippe
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Blaise Nsom, Renaud Delannay

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vibrations

Milieux granulaires

Rhéologie

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Mécanique des fluides

Rhéologie

Matériaux granulaires

Vibrations

Rheology

Fluid mechanics

Granular materials

Vibrations

Résumé

Ce travail porte sur l'étalement des milieux granulaires sous vibrations. La dynamique des milieux granulaires est complexe et diversifiée, suscitant un intérêt croissant dans la recherche en raison de leur présence fréquente dans la nature et l'industrie. Comprendre la manière dont ils se transportent, se stockent et se mélangent est essentiel pour les optimiser, ce qui exige une compréhension approfondie de leur comportement rhéologique. La première partie de ce travail porte sur l'étalement des milieux granulaires secs. Nous avons étudié, dans un premier temps, l'étalement libre d'un tas granulaire à masse fixe sur une surface solide rugueuse sous vibrations. Nous avons montré que la forme de l'empilement devient auto-similaire aux temps longs suggérant une solution parabolique. L'application des vibrations à un milieu granulaire peut réduire la viscosité en permettant un meilleur étalement des particules entre elles. Cette viscosité dépend alors des propriétés du système, et est contrôlée par la pression granulaire, la taille des particules, la force gravitationnelle et l'accélération des vibrations. Dans un second temps, nous avons étudié l'étalement d'un tas granulaire à masse variable sous vibrations. Nous avons montré qu'il existe certaines plages de fréquences de vibrations pouvant bloquer ou ralentir l'avalanche d'un tas granulaire, lorsque la fréquence d'excitation est en résonance avec les caractéristiques du système. L'angle de repos des tas granulaire granulaires est lié à leur frottement interne. Un angle de repos plus élevé indique un frottement interne plus important, ce qui rend les particules plus résistantes au glissement. La deuxième partie porte sur l'étalement des pâtes granulaires sous vibrations à travers une étude rhéologique qui consiste à soumettre différents échantillons à un cisaillement au sein d'une cellule de mesure, analogue à une configuration de cellule de Couette. Cette méthode nous a permis d'explorer les propriétés de la pâte granulaire sous différentes conditions. Cette partie s'ouvre sur une piste d'étalement d'une colonne granulaire sous vibrations.

This work focuses on the spreading of granular materials under vibrations. The dynamics of granular materials is complex and diverse, sparking growing interest in research due to their frequent occurrence in nature and industry. Understanding how they are transported, stored, and mixed is essential for optimization, requiring a deep understanding of their rheological behavior. The first part of this work deals with the spreading of dry granular materials. Initially, we studied the free spreading of a fixed-mass granular pile on a rough solid surface under vibrations. We demonstrated that the shape of the pile becomes self-similar at long times, suggesting a parabolic solution. Then, we investigated the spreading of a variable-mass granular pile under vibrations. We showed that there are certain frequency ranges of vibrations that can block or slow down the avalanche of a granular pile when the excitation frequency is in resonance with system characteristics. A higher angle of repose indicates higher internal friction, making particles more resistant to slipping. The application of vibrations to a granular medium can reduce viscosity by allowing better particle spreading. This viscosity then depends on system properties and is controlled by granular pressure, particle size, gravitational force, and vibration acceleration. The second part focuses on the spreading of granular pastes under vibrations through a rheological study that involves subjecting different samples to shear within a measurement cell, similar to a Couette cell configuration. This method allowed us to explore the properties of granular paste under various conditions. This section opens up to the possibility of studying the spreading of a granular column under vibrations.