TRANSITIONS ET COEXISTENCE SOLIDE-LIQUIDE DANS LES MATERIAUX GRANULAIRES - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2005

SOLID-LIQUID TRANSITIONS AND COEXISTENCE IN GRANULAR MATTER

TRANSITIONS ET COEXISTENCE SOLIDE-LIQUIDE DANS LES MATERIAUX GRANULAIRES

Résumé

To better characterize destabilization, stopping and solid-liquid coexistence mechanisms, experiments and discrete simulations are performed on simple granular piles. Three issues were adressed during this PhD.
The experimental study of the stopping transition of a pile after a surface flow shows long timescales, compared with the typical relaxation time of one grain under its weight. Two coexisting dynamics are observed during the stopping transition : Exponential relaxation periods and reactivation bursts consisting in spatially correlated grains displacements are observed, and taken into account within a probabilistic framework.
The numerical study of a pile inclined below the avalanche angle shows the influence of the metastable domain –above the angle of repose– on its hysteretic response to quasi-static cyclic rotations. The weak contacts network is strongly affected by the exploration of the metastable domain. Correlations between micro-structure, stress and strain variables are discussed.
Finally, unconfined granular flows over a rough incline allow to study experimentally the effective flow rule when static and flowing matter coexist. The selected characteristics (height, width, velocity) evolve logarithmically with time. The consideration of a static basal layer achieves to describe the experimental correlation between flowing depth and surface velocity, as observed for a confined flow, and to predict deposit morphologies (presence or not of levées).
Pour comprendre les mécanismes de déstabilisation, d'arrêt et de coexistence des phases statiques (solide) et coulantes (liquide), nous réalisons expériences et simulations numériques d'empilements granulaires modèles. Trois sujets ont été abordés au cours de cette thèse.
L'étude expérimentale de la transition d arrêt d'un empilement après un écoulement de surface met en évidence l'existence de relaxations de durée bien supérieure au temps de relaxation d'un grain sous l'action de son poids. Celle-ci est constituée de phases de relaxation et de réactivations liées à des déplacements corrélés des grains, prises en compte dans un modèle statistique.
L'étude numérique d'un empilement incliné en deçà de l'angle d'avalanche met en évidence l'influence du domaine métastable –au-delà de l'angle de repos– sur ses propriétés hystérétiques au cours de cycles quasi-statiques. Le réseau des contacts faibles est très affecté par le passage dans le domaine métastable. Les corrélations entre micro-structure, contrainte et déformation sont discutées.
Enfin, l'expérience d'un écoulement non confiné sur plan incliné permet d'étudier la loi d'écoulement dans le cas de la coexistence solide-liquide. Les caractéristiques s´electionnées par l'écoulement (épaisseur, largeur, vitesse) évoluent lentement avec le temps. La prise en compte de l'existence d'une couche basale statique permet de retrouver la corrélation entre épaisseur coulante et vitesse, comme pour un écoulement confiné, et de prédire la morphologie des dépôts (présence ou non de levées).
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Dates et versions

tel-00202523 , version 1 (07-01-2008)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00202523 , version 1

Citer

Stéphanie Deboeuf. TRANSITIONS ET COEXISTENCE SOLIDE-LIQUIDE DANS LES MATERIAUX GRANULAIRES. Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]. Institut de physique du globe de paris - IPGP, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00202523⟩
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