L’équipe "Granulaires et Suspensions" développe un travail de nature principalement expérimentale d’une part sur des problèmes fondamentaux de rhéologie de ces matériaux, d’autre part sur des situations naturelles ou technologiques dans lesquelles sont impliqués ces matériaux. Les études rhéologiques portent à la fois sur les grains secs pour lesquelles les interactions se font par contacts solides et sur les suspensions de particules pour lesquelles les interactions sont également de nature hydrodynamique via le fluide porteur. L’influence du fluide interstitiel est par exemple importante dans le processus élémentaire de collision entre grains ou des grains avec les parois, mais aussi dans le développement de différences de contraintes normales sous cisaillement ou encore dans les phénomènes de migration et de structuration de particules. Un intérêt particulier est porté à l’étude des régimes denses, proches de la transition de blocage ou de "jamming", séparant un état "fluide" d’un état "solide".
Génération de tsunami par effondrement granulaire
Des glissements de terrain ou l'effondrement de falaises peuvent générer des tsunamis qui peuvent conduire à des dégats importants sur les littoraux et à des risques majeurs pour les populations voisines. Un dispositif expérimental modèle permet d'étudier la génération de la vague produite par un effondrement granulaire dans une couche de fluide (ici en vert). L'influence des grains (taille, forme, etc.) ainsi la profondeur d'eau sur la vague générée est étudiée par analyse d'image.
Avalanches granulaires en présence d'obstacles
Nous étudions expérimentalement l’influence d’une forêt d’obstacles sur le processus d’avalanche d’une couche de grains sur un plan incliné. Un modèle prenant en compte la résistance des piliers sur le mouvement des grains permet de prédire la diminution de débit observée expérimentalement. Ces travaux sont un premier pas pour le dimensionnement de dispositifs de prévention des risques liés aux avalanches de neige ou éboulis de pierre par exemple.
Collision de grains immergés
La collision d’une sphère avec une paroi solide immergées dans un fluide est étudiée avec une technique interférométrique permettant de résoudre le processus de collision en temps (résolution 2 μs) et en espace (résolution 0,2 μm). L’influence de la rugosité sur le processus de collision est caractérisée en utilisant des parois de micro textures contrôlées. Le rebond ou non de la sphère peut-être caractérisé en fonction du nombre de Stokes de collision et des caractéristiques géométriques et élastiques de la paroi. La modélisation fine de l’hydrodynamique permet de mettre en évidence la dissipation visqueuse intervenant lors du processus de collision.
Rhéologie locale d'un écoulement granulaire autour d'un intrus
Nous étudions les propriétés rhéologiques d'un milieu granulaire 2D de disques photoélastiques autour d'un intrus se déplaçant à vitesse constante. Une analyse fine du signal photoélastique nous permet de remonter au tenseur local des contraintes et de tester les relations au tenseur des taux de déformations pour éprouver les différents modèles possibles de lois constitutives dans un écoulement inhomogène, ainsi que leur nature locale ou non locale.
Suspension de particules oscillant en cellule de Hele-Shaw
Les écoulements de suspensions de particules variant au cours du temps sont fréquents dans les environnements marins et industriels. Nous montrons que la concentration d’une suspension iso-dense de particules non browniennes oscillant entre des parois planes transparentes peut varier spatialement dans la direction de l’écoulement avec apparition de raies transverses périodiques. La distribution de concentration dans l’ouverture de la cellule montre d’abord une ségrégation des particules dans une couche plane située dans la partie centrale de l’ouverture. Celle-ci ondule ensuite et, enfin, la structure périodique apparaît.
Erosion par un jet
Nous nous intéressons ici à l’érosion d’un milieu granulaire par un jet, circulaire ou plan, dans les régimes laminaire ou turbulent. Nous nous intéressons à la fois à la caractérisation fine du seuil d’érosion et à la morphologie des cratères au delà du seuil, en tenant compte de l’hydrodynamique complexe du jet, et dernièrement de la possible cohésion du milieu granulaire..
Propulsion au voisinage d'un sol granulaire
Nous nous intéressons à la remise en suspension de particules par certains poissons plats, comme les soles ou les raies, capables de générer un écoulement permettant une resuspension du sable pour s'enterrer et éviter les prédateurs. En battant des nageoires avec des mouvements oscillants, ces poissons créent des tourbillons qui soulèvent les particules de sable et les déposent sur leur dos. Ici, un disque rigide ou flexible est placé au-dessus d'un lit granulaire pour imiter le mouvement des nageoires.
Impacts dans un milieu granulaire
Nous étudions la dynamique de pénétration d'un projectile par impact ou par impacts successifs dans un milieu granulaire.
Affouillement autour d'une pile de pont
Les phénomènes d’érosion et de transport de sédiments peuvent représenter une menace importante pour les activités humaines et les ouvrages d'art. Par exemple, autour d’une pile de pont ou d'une plateforme offshore, l’érosion peut endommager la structure et causer son effondrement. Malgré les risques encourus, une description physique du phénomène d’érosion au voisinage de structures reste incomplète, en particulier le couplage entre la dynamique du fluide et le transport de particules solides. Nous mettons en évidence un nouveau motif d'érosion caractérisé par deux fosses alongées en aval de l'obstacle qui se forment sous l'effet de tourbillons de sillage.
Locomotion dans un milieu granulaire
Nous nous intéressons aux stratégies de locomotion employées par les animaux qui se déplacent dans le sable comme les serpents, les lézards ou les blattes. Nous développons des robots bio-inspirés pour étudier l'interaction entre le mouvement de l'animal et le milieu granulaire. L’objectif est de comprendre les contraintes physiques qui régissent le déplacement de ces animaux dans le sable.
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