En raison de l\u2019absence ou de la faiblesse des forces de coh\u00e9sion entre les grains, un mat\u00e9riau granulaire peut s\u2019\u00e9couler comme un liquide. Mais, contrairement aux liquides ordinaires, l\u2019\u00e9coulement des grains s\u2019accompagne de changements de volume.<\/p>\n
Une exp\u00e9rience tr\u00e8s simple permet d\u2019observer ce ph\u00e9nom\u00e8ne. On verse d\u2019abord du sel dans un tube et on le compacte un peu en donnant quelques coups sur le tube. Ensuite, on l\u2019incline lentement pour permettre aux grains de s\u2019\u00e9couler dans le tube. Si l\u2019on remet le tube \u00e0 sa position verticale, on observe que le niveau du sel est mont\u00e9 par rapport \u00e0 son niveau initial. L\u2019\u00e9coulement des grains a entra\u00een\u00e9 une augmentation du volume total du sel et donc une r\u00e9duction de sa compacit\u00e9 dans le tube. Ce ph\u00e9nom\u00e8ne s\u2019appelle la dilatance<\/strong><\/span>. Il fut \u00e9tudi\u00e9 \u00e0 la fin du 19\u00e8me si\u00e8cle pour la premi\u00e8re fois par le physicien anglais Reynolds<\/strong><\/span>.<\/p>\n Figure –<\/strong>\u00a0Contrairement aux liquides ordinaires, l\u2019\u00e9coulement des grains s\u2019accompagne de changements de volume.<\/p>\n La dilatance est une cons\u00e9quence du r\u00e9arrangement des grains lors d\u2019un \u00e9coulement. Plus pr\u00e9cis\u00e9ment, l\u2019\u00e9coulement n\u2019est possible que si le volume change<\/strong><\/span>.<\/p>\n Par exemple, dans l\u2019exp\u00e9rience du tube inclin\u00e9, on remarque que l\u2019\u00e9coulement commence au voisinage de la surface libre, c’est-\u00e0-dire l\u00e0 o\u00f9 le changement de volume est le plus facile ; puis il se propage dans tout le volume du sel par avalanches successives, au fur et \u00e0 mesure qu\u2019on incline le tube. Au fond du tube, la dilatation, et donc le r\u00e9arrangement des grains et l\u2019\u00e9coulement, est inhib\u00e9e par la pr\u00e9sence des parois et du reste du mat\u00e9riau granulaire.<\/p>\n Si l\u2019on r\u00e9p\u00e8te la m\u00eame exp\u00e9rience cette fois sans compacter initialement le sel, on peut observer une dilatance nettement plus faible, voire m\u00eame une contraction du mat\u00e9riau. Dans ces conditions, les parois ne limitent plus les r\u00e9arrangements des grains puisque le volume du sel peut alors diminuer sans restriction dans le tube. Par cons\u00e9quent, l\u2019\u00e9coulement a lieu uniform\u00e9ment dans tout le volume du tube d\u00e8s le d\u00e9but.<\/p>\n Figure –<\/strong> L’\u00e9coulement des grains commence l\u00e0 o\u00f9 la dilatation est plus facile.<\/p>\n L\u2019\u00e9coulement peut entra\u00eener une diminution de la compacit\u00e9si la mati\u00e8re granulaire est initialement compacte (dilatance positive), et une augmentation de la compacit\u00e9 si elle est initialement l\u00e2che (dilatance n\u00e9gative). Il existe donc une compacit\u00e9 interm\u00e9diaire, appel\u00e9e compacit\u00e9 critique, pour laquelle il n\u2019y a ni augmentation ni diminution de la compacit\u00e9 lors d\u2019un \u00e9coulement lent. Que le mat\u00e9riau soit initialement l\u00e2che ou compact, il atteint la compacit\u00e9 critique pendant l\u2019\u00e9coulement.<\/strong><\/span> Si on r\u00e9p\u00e8te l’exp\u00e9rience avec le tube \u00e0 partir de la fin de la premi\u00e8re exp\u00e9rience (c’est-\u00e0-dire, avec le mat\u00e9riau dilat\u00e9 dans le premier \u00e9coulement), on remarque que le niveau du mat\u00e9riau granulaire dans le tube reste inchang\u00e9. Ceci indique que le mat\u00e9riau \u00e9tait \u00e0 la compacit\u00e9 critique \u00e0 la fin de la premi\u00e8re exp\u00e9rience.<\/p>\n Un mat\u00e9riau granulaire ne reste dans son \u00e9tat critique que si l\u2019\u00e9coulement continue dans le m\u00eame sens. Si on change la direction de l\u2019\u00e9coulement, la compacit\u00e9 commence par augmenter, puis elle diminue de nouveau vers la compacit\u00e9 critique dans la nouvelle direction de l\u2019\u00e9coulement. En d\u2019autres termes, un mat\u00e9riau granulaire qui atteint l\u2019\u00e9tat critique est anisotrope, en ce sens que son comportement dans cet \u00e9tat d\u00e9pend de la direction dans laquelle il s’\u00e9coule. Si on change la direction de l\u2019\u00e9coulement plusieurs fois de suite avant que la compacit\u00e9 critique ne soit atteinte, la compacit\u00e9 continue \u00e0 augmenter puisque chaque changement de direction contribue \u00e0 densifier un peu plus le mat\u00e9riau<\/strong><\/span>.<\/p>\n Pour voir cette compaction induite par une sollicitation cyclique, il suffit d\u2019incliner de quelques degr\u00e9s un tube rempli de sel, d\u2019abord dans un sens,\u00a0 puis dans le sens oppos\u00e9. En r\u00e9p\u00e9tant plusieurs fois ce processus, on observe que le niveau du sel baisse un peu apr\u00e8s chaque aller-retour.<\/p>\n Figure –\u00a0<\/strong>Un mat\u00e9riau granulaire atteint la compacit\u00e9critique pendant l’\u00e9coulement quelle que soit sa compacit\u00e9 initiale.<\/p>\n Lorsque les pores entre les grains sont remplis par un liquide, la dilatance entra\u00eene l’\u00e9coulement de l’eau dans les pores. Si le volume est libre de changer, une diminution de la compacit\u00e9 (dans le cas o\u00f9 le mat\u00e9riau est initialement compact) implique le retrait du liquide dans les pores (dont le volume a augment\u00e9).<\/p>\n Pour observer cet effet, on peut r\u00e9aliser une exp\u00e9rience simple. On remplit d’abord un ballon par des billes de verre ou du sable. On fixe un tube introduit dans le ballon et on verse de l’eau dans le tube. L’eau va progressivement envahir les pores entre les grains. Lorsque le mat\u00e9riau granulaire est satur\u00e9, l’eau monte dans le tube. On serre ensuite l\u00e9g\u00e8rement le ballon entre deux doigts et on observe que le niveau d’eau dans le tube baisse. Ceci indique que, sous l’effet du cisaillement, le volume des pores a augment\u00e9.<\/p>\n On observe couramment cet effet de dilatance lorsque l\u2019on marche au bord de la mer sur le sable satur\u00e9 d\u2019eau. Le sable s\u2019\u00e9coule sous l\u2019action de la pression exerc\u00e9e par le pied. Cette d\u00e9formation du sable entra\u00eene la dilatation du sable et donc une augmentation du volume des pores. L\u2019eau se retire dans le volume suppl\u00e9mentaire ainsi cr\u00e9\u00e9 et son niveau baisse dans une zone autour du pied. On observe ainsi que la surface du sable autour du pied s\u2019ass\u00e8che pendant quelques secondes.<\/p>\n Figure –<\/strong> Lorsque l’on marche au bord de la mer sur le sable, la surface du sable autour du pied s’ass\u00e8che.<\/p>\n Lorsqu\u2019un milieu granulaire est initialement l\u00e2che, la r\u00e9duction du volume des pores sous l\u2019effet d\u2019une d\u00e9formation implique l\u2019\u00e9jection partielle du liquide des pores. Si le liquide \u00e9ject\u00e9 est \u00e9vacu\u00e9 d\u2019une mani\u00e8re ou d\u2019une autre, le niveau du liquide ne monte pas. Dans le cas contraire, le niveau du liquide peut d\u00e9passer celui des grains. Alors, la pression de confinement initialement support\u00e9e par les grains sera support\u00e9e par le liquide. Ceci entra\u00eene un glissement puisque le liquide, contrairement \u00e0 un milieu granulaire, ne r\u00e9siste pas aux contraintes de cisaillement \u00e0 l’\u00e9quilibre. Ce ph\u00e9nom\u00e8ne est appel\u00e9 liqu\u00e9faction<\/strong><\/span>.<\/p>\n Par exemple, si le milieu granulaire en question forme un talus, la contrainte de cisaillement r\u00e9sulte de la composante du poids de grains suivant la surface du talus. Par cons\u00e9quent, si le ph\u00e9nom\u00e8ne de liqu\u00e9faction a lieu \u00e0 l\u2019int\u00e9rieur d\u2019un milieu granulaire en pente, le talus sera d\u00e9stabilis\u00e9 par glissement sur la couche du liquide en surpression. La liqu\u00e9faction est effectivement \u00e0 l\u2019origine de certains glissements de terrain<\/strong><\/span> dans les zones o\u00f9 l\u2019eau de pluie n\u2019est pas \u00e9vacu\u00e9e suffisamment vite ou lorsque le sol se d\u00e9forme subitement \u00e0 cause d\u2019un s\u00e9isme.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" En raison de l\u2019absence ou de la faiblesse des forces de coh\u00e9sion entre les grains, un mat\u00e9riau granulaire peut s\u2019\u00e9couler comme un liquide. Mais, contrairement aux liquides ordinaires, l\u2019\u00e9coulement des grains s\u2019accompagne de changements de volume. Une exp\u00e9rience tr\u00e8s simple permet d\u2019observer ce ph\u00e9nom\u00e8ne. On verse d\u2019abord du sel dans un tube et on le … <\/p>\nEcoulement par dilatation<\/h2>\n
Compacit\u00e9 critique<\/h1>\n
Le sable satur\u00e9 d’eau<\/h2>\n
Liqu\u00e9faction<\/h2>\n