Ce document constitue une introduction pédagogique à quelques unes des propriétés de base de la matière granulaire. Pour clarifier ces propriétés, nous évoquerons des observations et expériences simples. Les dimensions industrielles et géologiques de la matière granulaire apparaissent à travers les notes et illustrations associées à chaque propriété. Enfin, les notes historiques révèlent l’enthousiasme suscité par la matière en grains chez les scientifiques et grands savants du passé.
La matière solide peut se présenter sous diverses formes. La forme granulaire en est une. Sous cette forme, la matière est composée de nombreuses unités solides : les grains. Tout objet solide, une fois brisé, devient granulaire. Chaque grain hérite des propriétés mécaniques et physiques du solide qui lui a donné naissance. Mais les grains considérés dans leur ensemble, forment une matière dont les propriétés sont différentes de celles des grains. Cette matière peut s’écouler et s’empiler, et donc être facilement transportée et stockée.
La matière en grains est une grande famille regroupant des matières aussi variées que les sables, les poudres, les céréales et les comprimés. Elle nous est sans doute aussi familière que l’eau. En raison de la faiblesse, voire de l’absence, des forces de cohésion entre grains, la matière granulaire peut s’écouler comme un liquide et prendre la forme du récipient dans lequel elle est versée. Par ailleurs, les forces de frottement entre grains permettent à un milieu granulaire de se maintenir en équilibre et de prendre ainsi une forme propre, tout comme un solide.
Mais, en dépit de cette analogie avec les liquides et solides ordinaires, le comportement de la matière granulaire reste intriguant et parfois insaisissable pour le bon sens. Comment ne pas être émerveillé par le sablier dont le débit constant ne peut être obtenu par aucun liquide (effet de sablier) ? Comment ne pas s’étonner lorsque des grains de même taille se regroupent lorsque l’on verse un mélange de grains dans un récipient (ségrégation de taille) ? Pourquoi le sable se dilate-t-il, au lieu de se contracter, lorsque l’on marche dessus (dilatance) ? Pourquoi et comment les dunes se forment-elles et se déplacent-elles dans les déserts ?