Auteur/autrice : jydelenne

De nombreuses forces entrent en jeu dans le comportement des empilements de grains. Ces milieux complexes se déforment ou se maintiennent différemment selon leur humidité. Pour simplifier la description de ces comportements, des chercheurs du LMGC et du IATE ont établi le nombre visco-cohésif, un nombre sans dimension qui condense l’effet de plusieurs forces à la fois et qui devrait faciliter la modélisation des milieux granulaires.

Le sable humide, la neige ou le café moulu sont des exemples de milieux granulaires, constitués de particules collées par différentes forces. Des ponts capillaires peuvent se former en utilisant la tension de surface de l’eau contenue dans les matériaux, ce qui fait qu’un château de sable doit être mouillé pour tenir debout, mais on retrouve également des forces de van der Waals, issues d’interactions entre atomes, ainsi que des forces de frottement et de cisaillement. Le détail de leur rôle est mal connu, ce qui complique la modélisation et la compréhension de la rhéologie des milieux granulaires. Des chercheurs du Laboratoire de mécanique et génie civil (LMGC, CNRS/Université de Montpellier) et du laboratoire Ingénierie des agro-polymères et technologies émergentes (IATE, INRAE/Université de Montpellier/Cirad/Montpellier SupAgro) ont montré que plusieurs de ces paramètres pouvaient être combinés en une seule valeur sans unité : le nombre visco-cohésif.

Celui-ci couvre en effet la pression de confinement, le taux de cisaillement et les interactions liées aux forces visqueuses et cohésives. Les chercheurs ont obtenu le nombre visco-cohésif en exploitant le principe d’additivité des contraintes. Lorsque les forces liées à la cohésion et à la viscosité s’annulent, on retrouve le nombre inertiel, déjà utilisé pour les écoulements de matériaux granulaires non cohésifs. Le nombre visco-cohésif est donc une généralisation de ce nombre inertiel, unifiant ainsi les modèles de matériaux granulaires humides et secs pour décrire leur comportement dans un même cadre. Cela ouvre la voie à leur modélisation à grande échelle et à des applications pour la conception de malaxeurs, de silos à grains ou de structures paravalanches.

Référence : (Open Access)

• Additive Rheology of Complex Granular Flows,
  T.T. Vo, S. Nezamabadi, P. Mutabaruka, J.-Y. Delenne et F. Radjai,
  Nature Communications 11:1476 (2020)
• Article sur les actualités de l’INSIS CNRS

Omniprésente dans la Nature et dans de très nombreuses applications, « la matière en grains » est, depuis longtemps, l’objet de recherches dans des domaines scientifiques très divers : l’agronomie, la pédologie ou science des sols, le génie civil, celui des procédés, tout ceci sans compter les études plus fondamentales en physique et en science des matériaux. Dans les décennies passées, un effort unificateur important de compréhension de ce matériau commun et pourtant si particulier avait été conduit, notamment en France. Il s’appuyait sur un simple modèle, dit du « sac de billes », obtenu avec des empilements de sphères non déformables de même diamètre.

Si les propriétés des milieux granulaires secs ont alors été relativement bien décrites, cela n’a été le cas que récemment pour des grains en présence d’un fluide remplissant l’espace entre eux. Or, dans la nature et dans l’industrie, les grains sont souvent mélangés à des liquides ou interagissent avec l’air présent dans les canaux -ou pores- entre les grains. Les exemples en sont variés : le transport pneumatique de la farine dans les moulins, les vents de sable dans le désert, le béton frais dans les coffrages, les grains charriés par les cours d’eau…

Dans cet article de Pour La Science 499 de mai 2019 nous donnons quelques illustrations de résultats récents dont certains ont nécessité l’utilisation de nouveaux moyens numériques.

Lien vers l’article :

Jean-Yves Delenne, Etienne Guyon, Farhang Radjaï, Comment s’écoulent des grains mêlés à un fluide, Pour la Science 499, Mai 2019

A l’entrée du bassin d’Arcachon, dominant les landes de Gascogne,
la plus haute dune d’Europe, est passée à la loupe.  Sur leur site Internet, réalisé à l’occasion d’un TPE (Travail Personnel Encadré), Clovis et Max élèves en 1ere S au Lycée d’Arsonval, racontent leur découverte de la Dune du Pilat. On les suit dans leur périple entre observations sur le terrain, expériences au laboratoire, et rencontres avec des spécialistes des dunes et du sable…
ça vaut le détour !
Il y a de la place pour de nombreux autres sujets aussi passionnants (TPE, TIPE ou tout autour du sable et de la matière en grains). N’hésitez pas à nous contacter !

Site internet : Pile là, la dune du Pilat !

On connaît le beau livre  « Bâtir en terre » de L. Fontaine et R. Anger  de AMACO  publié en 2009 chez Belin . Ce laboratoire AMACO  dont nous parlons sur notre site prolonge sa recherche avec Aurelie Vissac autour de  la matière en fibres.  Cette recherche déjà bien avancée s’applique aussi bien aux huttes, qu’au bétons hautes performances, en passant par l’habitat renforcé de terre. En attendant la sortie d’un nouvel album nous vous invitons à regarder comment construire une maison en bauge renforcée de fibres.