Tesi sul tema "Milieux granulaires – Dynamique des fluides"

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Abriak, Nor-Edine. "Ecoulement d'un matériau granulaire à travers un orifice effet de paroi". Lille 1, 1991. http://www.theses.fr/1991LIL10122.

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Khati, Salah. "Comportement des matériaux : étude micro-macro du frottement et de la dilatance". Lille 1, 1996. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1996/50376-1996-77.pdf.

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Abstract (sommario):
Le travail effectue constitue une contribution experimentale a la caracterisation du comportement des materiaux formes de grains. Lors de l'ecoulement, le milieu se deforme suivant des lignes de glissements. Leur naissance est aleatoire et favorisee par la presence de defauts de structures. Notre objectif est d'analyser ce phenomene de localisation des deformations a l'echelle du grain puis a l'echelle du milieu continu pour rendre compte du processus d'ecoulement. L'approche adoptee repose sur la definition, a la base, du frottement intergranulaire comme parametre intrinseque. On aborde, dans un premier temps, le processus de mobilisation du frottement sous cisaillement direct et l'influence de la variation du degre de liberte des grains et des conditions de charge. L'utilisation d'un materiau analogique de schneebeli et l'adapatation d'une methode basee sur le traitement d'images permettent d'acceder a l'etude du comportement a l'echelle du grain. Dans un second temps, on aborde le cas des materiaux en ecoulement gravitaire. Ce processus est considere comme une suite de deformations ou l'on observe simultanement frottement et localisation. On montre le caractere critique de la densite du materiau a l'ecoulement etabli, sous controle des donnees morphometriques des particules et du frottement des parois.
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Félix, Gwenaëlle. "Écoulements de milieux granulaires en tambour tournant : étude de quelques transitions de régime : application à la ségrégation". Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2002. http://www.theses.fr/2002INPL080N.

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Abstract (sommario):
La rhéologie et les lois de comportement des écoulements granulaires font l'objet de nombreuses recherches, aussi bien expérimentales que théoriques. Des études d'écoulements continus de billes en tambour tournant ont mis en évidence que le gradient de vitesse dans la zone à écoulement libre est constant. Nous avons testé expérimentalement la validité de cette expression du gradient de vitèsse pour des gammes de paramètres de fonctionnement beaucoup plus larges que celles utilisées jusqu'à présent. Pour de faibles vitesses de rotation du tambour, nous avons montré que les angles d'avalanche et de repos peuvent être homothétiques dans la mesure où les particules sont comparables en terme distribution granulométrique et de morphologie. A plus forte vitesse de rotation, des mesures systématiques d'épaisseur de zone d'écoulement et d'angle d'écoulement ont permis de mettre en évidence différentes transitions de régime. Quand la taille des particules d est grande par rapport à la taille du tambour D (rapport D/d faible), on constate que l'épaisseur de la zone d'écoulement sature à environ 1/3 du rayon du tambour. Dans ce cas, une augmentation de la vitesse de rotation du tambour est accommodée par une augmentation du gradient de vitesse. Dans des systèmes à rapport D/d élevé, on constate que c'est la vitesse maximale des particules à la surface libre qui sature avant l'épaisseur en écoulement. Dans ces conditions, une augmentation de la vitesse de rotation du tambour est accommodée par une augmentation de l'épaisseur, ce qui entraîne une réduction du gradient de vitesse. Ainsi les limites du domaine de validité d'un gradient de vitesse constant ont été définies: la relation est valable tant que ni l'épaisseur en écoulement ni la vitesse maximale des particules ne saturent. Enfin, dans une dernière partie, des expériences de ségrégation ont été réalisées dans le but de mettre en rapport les épaisseurs en écoulement et les vitesses de ségrégation de grosses billes de verre placées dans un milieu de petites billes de même densité.
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Djouwe, Meffeja Merline Flore. "Simulation et modélisation de milieux granulaire confinés". Rennes 1, 2012. http://www.theses.fr/2012REN1S005.

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Abstract (sommario):
"De par leurs applications industrielles et géophysiques, les écoulements de matériaux granulaires ont une place prépondérante dans notre environnement. Cette thèse a pour objet l'étude de ces écoulements par simulation numérique de type "éléments discrets" (où les grains sont traités de manière explicite) et de type "milieu continu" (où le matériau se comporte comme un milieu effectif obéissant à une rhéologie donnée). Nous avons tout d'abord étudié par la méthode "éléments discrets" des écoulements granulaires en silo. En modifiant les propriétés micromécaniques des grains (restitution et de frottement) nous avons montré qu'elles avaient une influence significative sur le débit de vidange. Une étude fine du comportement des grains a montré que cette influence incombait à une variation de compacité au niveau de l'orifice de sortie, les vitesses des grains étant très peu modifiées. Bien que les modélisations de type "éléments discrets" permettent d'accéder à toutes les propriétés individuelles des grains, elles ont un inconvénient majeur : le temps de calcul est très important ce qui proscrit la modélisation de situations géophysiques ou industrielles. Afin de pallier ce défaut, nous avons utilisé l'approche "milieu continu" en considérant que le milieu granulaire étudié obéissait à une rhéologie récemment proposée dans la littérature. Après avoir discuté son implémentation numérique, nous avons étudié de façon semi-analytique cette rhéologie pour des écoulements stationnaires et établis et cela dans deux configurations : une cellule de cisaillement et un chenal. Cela nous a permis de mettre en évidence les différences entre un milieu granulaire et un fluide newtonien. "
Because of their industrial and geophysical applications, granular flows have a prominent place in our environment. In this thesis, we study these flows by numerical simulation of type "discrete elements" (where the grains are treated explicitly) and of type "continuous medium" (where the granular material behaves as an effective medium obeying a given rheology). We first studied the granular flows by the "discrete elements" method in silo geometries. By changing the micro-mechanical properties of the grains (restitution and friction) we showed that they had a significant influence on the flow discharge. A detailed study of the behavior of grains has shown that this influence comes from a variation of the packing fraction at the outlet of the silo, the grains velocity experiencing very little change. Although models such as "discrete elements" provide access to all the individual properties of the grains, they have one major drawback : the computation time is very important that prohibits the modeling of geophysical and industrial situations. To overcome this problem, we used the "continuous medium" approach, which consider that the granular medium studied follows a rheology recently proposed in the literature. After discussing the numerical implementation, we have studied this rheology for steady and fully developed flows with a semi-analytical method in two configurations: a shear cell and a channel. This allowed us to highlight the differences between a granular medium and a Newtonian fluid
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Chrząszcz, Kamil. "Ondes dans les milieux granulaires : de l’échelle microscopique à l’échelle macroscopique". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLC064/document.

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Abstract (sommario):
Cette thèse porte sur l’étude de la propagation d’ondes mécaniques dans des milieux granulaires secs ou mouillés, avec pour objectif de relier les phénomènes de l’échelle microscopique (dynamique des grains, potentiels d’interactions entre particules, rhéologie du fluide interstitiel) aux propriétés de l’échelle macroscopique (relation de dispersion, vitesse et atténuation des ondes dans l’approximation des grandes longueurs d’ondes). Les systèmes étudiés sont soit des milieux granulaires unidimensionnels de grande taille, analogues des chemins de plus forts contacts entre particules (les chaînes de force) dans les empilements de grains réels, soit les milieux granulaires réels eux-mêmes. Dans un premier temps, nous étudions expérimentalement la transmission d’ondes au travers d’un alignement de sphères centimétriques sèches, que nous modélisons via le potentiel de Hertz. Nous montrons que le couplage élastofrictionnel entre les grains et un substrat (le support des sphères) engendre un potentiel élastique local, qui induit à son tour une bande interdite a fréquence nulle dans la fonction de transfert. Dans un deuxième temps, nous montrons que la présence d'une quantité infime de fluide visqueux au contact entre chaque particule induit une interaction élasto-hydrodynamique (EHD). Ce dernier induit une modification de l’atténuation des ondes et une augmentation très significative de la vitesse de propagation, qui dans ce cas dépendent de manière non-triviale de l’élasticité des particules, de la viscosité du fluide et de la fréquence. Dans un troisième temps, nous vérifions la fiabilité de notre analyse pour décrire la propagation d'ondes ultrasonores dans des milieux granulaires réels, tel que le sable mouillé ou non ; les particules sont ici des sphères millimétriques. Dans le cas sec, nos résultats sont en accord avec un modèle connu de milieux effectifs (EMT) qui relève de l’interaction de Hertz-Mindlin dans l'approximation des grandes longueurs d'ondes. Dans le cas mouille, le modèle EMT combiné à un mécanisme EHD reproduit de manière acceptable nos observations préliminaires
This thesis deals with the study of mechanical wave propagation in dry or wet granular media, with the aim of relating the phenomena at the microscopic scale (particles dynamics, interaction potentials between grains, rheology of the interstitial fluid) to the features at the macroscopic scale (dispersion relation, wave speed and attenuation in the long wavelength approximation). The systems under study are either large one-dimensional granular media, as the analogs of the paths of the most compressed grains (the force chains) in real granular packings, or the real granular media themselves. In a first place, we study experimentally the wave transmission through alignments of dry centimetric spheres, which we model via the Hertz potential. We show that the elasto-frictional coupling between the grains and a substrate (the spheres’ support) induces an on-site elastic potential, which in turn induces a band gap at zero frequency in the transfer function. In a second place, we show that the presence of an infinitesimal amount of viscous fluid at the contact between every particle induces an elasto-hydrodynamic (EHD) interaction. The later affects the attenuation of waves in addition to a significant increase of the wave speed, which in this case both non-trivially depend on the elasticity of the particles, on the viscosity of the fluid and on the frequency. In a third place, we check the reliability of our analysis to describe ultrasonic wave propagation in real granular materials such as dry or wet sand; our particles are here millimetric spheres. In the dry configuration, our results are consistent with an effective medium theory (EMT) which relies on the Hertz-Mindlin interaction in the long wavelength approximation. In the wet configuration, the EMT model combined with an EHD mechanism fairly reproduces our preliminary observations
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Sierra, Christophe. "Instabilité en fluidisation gaz-solide : dynamique des lits denses et influence des conditions aux limites". Aix-Marseille 1, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX11064.

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Abstract (sommario):
Cette thèse aborde le problème de l'hydrodynamique des lits fluidisés gaz-solide dans les régimes de fonctionnements denses. Le comportement macroscopique du lit, résultant des dynamiques à toutes les échelles, est souvent très complexe (instabilités spatio-temporelles fortement non-linéaires). Avec pour but de comprendre les mécanismes physiques responsables des instabilités macroscopiques, la démarche adoptée dans ce travail est simplificatrice : on étudie, sur un plan expérimental, numérique et théorique la dynamique de seulement quelques couches de grains : les Lits Fluidisés Peu Profonds (LFPP). Ce travail se scinde en deux parties distinctes. La première partie est consacrée à la compréhension de la dynamique intrinsèque des LFPP. Tout d'abord, un travail expérimental a permis de mettre en évidence leurs caractéristiques dynamiques (fréquences d'oscillation) en fonction des deux paramètres de contrôle que sont la vitesse du fluide et taille du lit. Ensuite, à l'aide de deux différents modèles nous décrivons de quelle manière les phénomènes hydrodynamiques et collisionels locaux se combinent pour produire une dynamique globale. Une extrapolation des mécanismes identifiés est réalisée pour des lits de grande taille. Fort de cette analyse la seconde partie a pour but de décrire l'influence des conditions aux limites (C. L. ) sur la dynamique des lits denses. Ce travail est abordé en deux étapes. La première concerne la caractérisation, à l'aide d'un modèle linéarisé, du couplage acoustique entre le lit et ses C. L. Nous montrons ensuite de quelle manière le lit peut présenter selon le taux de couplage (i. E. Selon la capacité donnée au lit de rétroagir sur ses C. L. ) soit une "dynamique intrinsèque" soit une "dynamique de couplage". Ce travail met en évidence qu'il n'existe pas de comportement universel pour les lits fluidisés denses mais qu'il est impératif d'inclure dans n'importe quel modèle la possible influence C. L.
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Mutabaruka, Patrick. "Modélisation numérique des milieux granulaires immergés : initiation et propagation des avalanches dans un fluide". Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00984870.

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Abstract (sommario):
Les études présentées dans ce mémoire portent sur la simulation numérique et l'analyse physique des milieux granulaires immergés dans un fluide. Des développements numériques ont été réalisés pour coupler la méthode Lattice Boltzmann pour la dynamique du fluide avec la méthode Contact Dynamics en 2D et avec la méthode Molecular Dynamics en 3D pour la dynamique des grains. Ces outils numériques ont été utilisés pour étudier l'initiation des avalanches sur un plan incliné en fonction de la compacité initiale et de l'angle d'inclinaison en 3D. Les résultats sont en bon accord quantitatif avec les expériences et ont permis de mettre en évidence la stabilisation de la pente granulaire par une pression négative du fluide interstitielle induite par la dilatance, et l'évolution spatiotemporelle des grandeurs telles que la compacité et la déformation de cisaillement. Ces évolutions dans la phase de fluage qui précède la rupture de pente ont pu être mises à l'échelle par un modèle théorique incorporant la loi de Darcy et l'effet de la dilatance sur l'angle de frottement interne. L'analyse de la texture granulaire a révélé la distortion du réseau des contacts pendant le fluage et la saturation de l'anisotropie comme un critère de rupture. La propagation des avalanches granulaires a été étudiée dans une configuration 2D pour deux géométries différentes : 1) l'effondrement et l'étalement d'une colonne sous son propre poids, 2) l'étalement d'une pente sous l'effet d'une énergie cinétique injectée. Nous avons en particulier montré que la distance et la durée d'étalement obéissent à des lois de puissance en fonction du rapport d'aspect initial ou de l'énergie injectée. Le fluide exerce deux effets contradictoires : réduire les temps de relaxation et lubrifier les contacts. Ces effets ont été analysés dans le régime visqueux en fonction des conditions initiales et la viscosité du fluide.
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Jop, Pierre. "Ecoulements granulaires sur fond meuble". Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00106185.

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Abstract (sommario):
Bien qu'assez répandus dans le milieu naturel et dans diverses activités industrielles, les écoulements granulaires denses possèdent des caractéristiques particulières qui semblent dépendre fortement des géométries observées. Lorsque le fond qui supporte la coulée peut être érodé, les mécanismes déterminant la position de l'interface liquide-solide ou la vitesse à laquelle la pente est dévalée ne sont pas encore bien compris. Ceci provient du manque de connaissance de la rhéologie des écoulements granulaires et constitue le coeur de cette thèse.

Ce travail s'articule principalement en trois parties. Premièrement, dans le but de fournir une description détaillée des écoulements sur tas, une étude expérimentale systématique des écoulements stationnaires a été menée dans un canal. Nous avons ainsi pu mettre en évidence l'importance des parois latérales du système dans le cadre des écoulements à la surface d'un tas : les propriétés de l'écoulement sont complètement contrôlé par la largeur du canal. Ce constat nous a ensuite conduit à la proposition d'une modélisation fondée sur une rhéologie récemment développée.
Cette rhéologie a été ensuite étendue à trois dimensions et appliquée à notre configuration. Des simulations numériques permettent de reproduire correctement les propriétés des écoulements stationnaires. Nous avons enfin étudié un phénomène transitoire particulier afin de comprendre la manière dont l'épaisseur coulante évolue. Malgré la présence de certaines limitations, ce travail montre qu'une description locale des écoulements granulaire est appropriée et que la rhéologie proposée ouvre la voie à des modélisations plus complètes des écoulements granulaires denses.
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Lecointre, Pierre. "A la recherche de la texture hydrophobe, et quelques effets collectifs dans les milieux granulaires et en économie". Thesis, Institut polytechnique de Paris, 2019. http://www.theses.fr/2019IPPAX009.

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Abstract (sommario):
Une buée ou de l’eau chaude peuvent détruire le caractère superhydrophobe d’une surface texturée, du fait de la condensation à l’intérieur des textures. Néanmoins, il a été observé que des matériaux couverts de cônes nanométriques peuvent résister à la buée, les gouttes issues de la condensation étant éjectées à l’occasion de leur coalescence. Nous avons tout d’abord montré expérimentalement par des images de microscopie électronique que la forme conique des textures permet bien aux gouttelettes d’eau d'être en “état fakir", y compris à très petite échelle. Nous avons ensuite étudié différentes familles de surfaces à cônes en variant l’espacement et la hauteur des textures. Aux nanoéchelles, nous avons montré que l’effet anti-buée est peu influencé par la taille des textures, et que ses limites proviennent plutôt des propriétés de l’eau elle-même, sa viscosité en particulier. Aux microéchelles, nous avons décrit des situations nouvelles où l'on observe l'éjection spontanée de la buée, malgré un piégeage local de l’eau. Nous avons ensuite étudié la trajectoire des gouttes de buée éjectées et confirmé que la viscosité joue un rôle majeur dans leur balistique. Enfin, nous nous sommes intéressés à la capacité des surfaces superhydrophobes à repousser des gouttes d’eau chaude, montrant l’existence de deux recettes distinctes pour parvenir à un tel effet. Dans la seconde partie de la thèse, nous avons abordé le problème du pouvoir de capture de poussière de fibres mouillées d’huile. Nous avons montré que la quantité de particules capturées est seulement influencée par la quantité d’huile déposée sur la fibre et non par la configuration adoptée par l’huile (film ou goutte), contrairement à la dynamique de croissance de l’agrégat, au cours de laquelle, de larges différences apparaissent entre les deux configurations. La dernière partie de la thèse a été consacrée à l’équation de Slutsky, communément rencontrée dans le domaine de la micro-économie. Nous avons décrit comment la matrice de Slutsky est modifiée en présence d’hypothèses non rencontrées en économie classique telles que l’irrationalité, l’interaction entre produits ou l’hétérogénéité des agents; et comment celles-ci font apparaître des résultats surprenants non prédits par la théorie classique du consommateur. Les trois parties peuvent être abordées de manière indépendante
Fog or hot water can destroy the superhydrophobic properties of a textured surface owing to the condensation inside the texture. However, it was recently shown that such surfaces covered with cones at a scale of hundred nanometers could resist fog: condensed droplets can be ejected during their coalescence. We first experimentally show by electronic microscopy that a conical texture enables water drops to remain in a “fakir state”, even at a very small scale. We then studied different families of cone-textured surfaces by varying the spacing and the texture height. At the nanoscale, we showed that the texture size has a low influence on the antifogging efficiency whose limits rather lie in the water properties themselves, especially its viscosity. At the microscale, we described new situations where spontaneous ejection of condensed drops occurs despite a local trapping of water. We also studied the trajectory of expelled drops on such surfaces and confirmed that viscous effects play a major role in their ballistics. Finally, we focused on the ability of superhydropho- bic surfaces to repel hot water, a challenging situation for which we identified two independent recipes. In the second part of the thesis, we studied the ability of wetted fibers to capture dust. We showed that the quantities of captured particles is only influenced by the quantity of oil deposited on the fiber and not by its configuration (film or drop) on the fiber, unlike the growth kinetics of the aggregate where large differences are observed between the two configurations. The last part of the thesis focused on the Slutsky equation, a classical equation encountered in microeconomics. We described how the Slutsky matrix is modified when challenging classical economics hypotheses such as irrationality, interactions between goods or agents’ heterogeneity, and how it exhibits surprising features not predicted by consumer choice theory. The three parts can be addressed independently
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Pascot, Arthur. "Rhéologie et propriétés de vidange de milieux granulaires modèles : application à l’écoulement en silo". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0156.

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Abstract (sommario):
La vidange de grains dans un silo est une application très présente en industrie mais aussi un cas typique d'écoulement de milieux granulaires encore mal compris. Faute d'une réelle compréhension fondamentale, l'optimisation de cette application se fait de manière empirique comme par exemple en appliquant des vibrations pour aider l'écoulement. Comprendre cet écoulement, et en particulier le lien entre le débit apparent et la dynamique de réorganisation des particules, permettrait une avancée théorique et ouvrirait des pistes d'optimisation pratiques de ces écoulements en configuration industrielle. Dans cette thèse, nous présentons les résultats de l'analyse de la vidange de milieux granulaires modèles (billes sphériques monodispersées) dans un silo quasi-2D soumis à des vibrations mécaniques. Des expériences et des simulations numériques par éléments discrets (DEM) ont été menées pour comprendre l'influence de la géométrie du silo, des propriétés des grains et des caractéristiques des vibrations. Deux régimes d'écoulement ont ainsi été mis en évidence, gouvernés par le nombre de Froude Fr et la fréquence relative Ω des vibrations. Dans le premier régime, une diminution du débit est observée lorsque l'on augmente l'intensité des vibrations. Ce comportement est expliqué par la mise en mouvement par les vibrations de zones précédemment à l'arrêt et une plus forte dissipation d'énergie. Dans le second régime, une augmentation du débit est observée lorsque l'on augmente l'intensité des vibrations. Ce comportement provient de la nature intermittente de l'écoulement, qui se fait sous la forme de jets de matière engendrés par la propagation d'onde de choc dans tout le silo. Dans un premier temps, nous proposons pour chaque régime une loi empirique permettant de rendre compte de l'évolution du débit à partir des différents paramètres. Dans un second temps, nous analyserons l’écoulement à l’échelle locale pour relier le débit apparent à la dynamique locale des particules à travers la rhéologie de l'écoulement
The discharge of grain in a silo is a common application in industry, but this typical granular flow is still not fully understood. Without a real fundamental understanding, the optimization of this application is done by empirical means, for example by applying vibrations to improve the discharge. Understanding the behaviour of this flow, and in particular the link between the apparent flow rate and the particle reorganization dynamics, would therefore allow a theoretical breakthrough and would open up practical ways of optimizing these flows in an industrial configuration. In this thesis, we study the discharge of model granular matter (monodisperse spherical beads) in a quasi-2D silo under the influence of mechanical vibrations. Experimental measurements and discrete element simulations (DEM) are performed to determine the effect of the geometry, particle properties and vibration characteristics. We evidence that vibrations make appear two distinct regimes, governed by the Froude number Fr and the relative frequency Ω of the vibrations. In the first regime, a decreased flow rate is observed when increasing the vibration intensity. This behavior is explained by the setting in motion, due to the vibration, of areas previously at rest and a higher energy dissipation. In the second regime, an increased flow rate is observed when increasing the vibration intensity. We find this behavior comes from the intermittent nature of the flow, with bursts of flow rate created by the propagation of shock waves all along the silo. As a first step, we propose for each regime an empirical law for the flow rate depending on the different parameters. Then, we studied the flow at the local scale in order to relate the apparent flow rate to local particle dynamics through flow rheology
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Doppler, Delphine. "Stabilité et dynamique de pentes granulaires sous-marines". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00109458.

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Abstract (sommario):
Cette thèse consiste en l'étude expérimentale de la dynamique d'une interface granulaire inclinée et cisaillée par un écoulement d'eau laminaire, continu. Dans le canal de géométrie contrôlée, deux modes de transport sédimentaires sont observables : par érosion hydrodynamique et par écoulement gravitaire en masse.
Une première étude est consacrée aux seuils de mise en mouvement des particules. Deux modèles simples prenant en compte la gravité, la friction entre particules et le cisaillement du fluide, permettent de retrouver l'influence de la vitesse de l'écoulement d'eau et de la pente du lit sur les seuils de transport par érosion et par avalanche.
Le régime d'écoulements gravitaires est ensuite exploré pour des pentes au-delà de l'angle maximal de stabilité. Les mesures d'évolution de la pente du tas et du débit de particules (par PIV) montrent que l'avalanche atteint rapidement un régime quasi-stationnaire. La vitesse des grains dépend uniquement de la pente du tas, dans une relation quantitativement prédite par un modèle adapté des développements récents de modélisation de la rhéologie des granulaires.
Dans une troisième partie on s'intéresse à la déformation de l'interface granulaire dans un régime particulier. La formation de rides à tourbillon est observée à la surface de l'avalanche, lorsqu'on applique un écoulement d'eau qui tend à transporter les particules dans la direction opposée. Après une phase initiale de croissance exponentielle, l'amplitude des rides sature. La zone de recirculation à l'arrière de la ride semble contrôler la forme des structures tandis que la quantité de matière transportable par l'avalanche semble déterminer leur amplitude.
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Saingier, Guillaume. "Mécanismes et dynamiques d’interactions entre grains et liquide : du matériau granulaire sec au mélange saturé". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS230.

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Abstract (sommario):
Les matériaux granulaires sont omniprésents, tant dans la nature que dans l'industrie ou dans notre vie quotidienne. Les mélanger à un liquide constitue une opération de base dans de nombreux procédés industriels. Néanmoins, la compréhension et la modélisation des mécanismes d'échanges de liquide et de grains impliqués dans le mélange restent encore méconnus. Dans cette thèse, nous considérons les mécanismes d'interactions apparaissant à l'interface entre un matériau granulaire contenant une quantité variable de liquide et un écoulement de grains secs. En fonction de la quantité de liquide, la phase granulaire humide est soit érodée par l'écoulement sec, soit capte des grains par accrétion granulaire, soit transfère du liquide de la phase humide à la phase sèche par imprégnation. Dans un premier temps, nous nous intéressons aux mécanismes et aux dynamiques d'accrétion granulaire observés lors de l'impact d'un jet dilué de grains secs sur un substrat granulaire saturé en liquide. Nous mettons en avant le rôle du liquide aux interfaces dans la dynamique de croissance et les sources de dissipations énergétiques responsables de la capture des grains secs. Une expérience d'accrétion dans un écoulement dense et cisaillé permet ensuite d'étudier l'influence des propriétés de l'écoulement sur la dynamique de capture et d'établir une loi d'accrétion générale. Une configuration d'accrétion d'un agrégat isolé au sein d'un écoulement granulaire en tambour tournant permet enfin d'étendre notre étude au cas des matériaux granulaires non saturés en liquide, croissant par accrétion avant de s'éroder. Dans un second temps, nous étudions l'imprégnation dans un jet granulaire dense pénétrant dans un réservoir de liquide. En modélisant l'entrée des grains dans l'eau comme l'imprégnation d'un matériau poreux, nous mettons en évidence une relation entre la forme du front d'imbibition et la vitesse d'immersion, et caractérisons l'effet des propriétés physico-chimiques des grains. Ces travaux constituent une avancée dans la compréhension des phénomènes locaux impliqués dans le mélange entre grains et liquide et de la transition d'un milieu granulaire sec à humide
Granular materials are ubiquitous, both in nature and in industry or in our daily life. Blending grains and liquid is a basic operation at the origin of many industrial processes. Nevertheless, the understanding and the modeling of the mechanisms of exchanges of liquid and grains, implied in the mixing process, remain largely unknown. In this PhD, we propose to investigate the mechanisms of interactions between a granular material containing a variable quantity of liquid and flowing dry grains. Depending on the amount of liquid, the wet granular phase can be eroded by the granular flow, or flowing grains can be captured by granular accretion or the liquid can be transported from the wet to the dry phase by impregnation. First, we focus on the mechanisms and the dynamics of granular accretion observed after the impact of a dilute granular jet on a wet granular substrate. We highlight the role of liquid interfaces on the growth dynamics and the sources of energy dissipations implied in the capture. Then, using an experiment of accretion with a dense and shear granular flow, we study the influence of the flow properties on the dynamics of capture and we propose a general accretion law. The rotating drum configuration with an isolated aggregate in a granular flow allows us to extend our investigation with the situation of unsaturated granular materials growing by accretion before being eroded. In the second part of the PhD, we study the impregnation in a dense granular jet penetrating into a liquid bath. By modeling the grains intrusion as the impregnation of a porous medium, we highlight the link between the shape of the front profile and the immersion speed. We also characterize the influence of the physico-chemical properties of the grains. This work constitutes a first step in the understanding of local phenomena implied in granular blending processes and the transition from dry to wet granular media
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Benmansour, Leïla. "Écoulement gravitaire dans un silo parallélépipédique". Compiègne, 1996. http://www.theses.fr/1996COMPD941.

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Abstract (sommario):
Cette étude s'intéresse au problème de l'écoulement de solides pulvérulents ou granulaires dans les trémies et à la prédiction d'un débit de vidange régulier. Elle procède expérimentalement à partir d'une nouvelle approche théorique proposée par Y. Molodtsof (1991) et vise à en confirmer la validité et à en préciser les modalités d'application. Pour cela, nous avons réalisé des essais d'écoulement gravitaire de divers matériaux granulaires (sable, polystyrène, billes de verre) dans un silo bidimensionnel à fond plat et à ouverture centrée variable. Par ailleurs, la loi utilise une contrainte résiduelle assimilable à la cohésion du produit. Pour la mesure de cette propriété, nous avons testé deux méthodes de mesure ex-situ (la cellule de cisaillement de Peschl et le lit incliné de Rietema). Ces deux méthodes ex-situ se sont avérées ne pas permettre facilement une détermination de la cohésion avec une précision suffisante. En revanche, la loi établie pour la vidange des trémies a été formellement confirmée et nous avons mis en évidence l'existence de deux configurations d'écoulement.
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Abbas, Micheline. "Auto-diffusion de particules dans un écoulement cisaillé : des interactions hydrodynamiques aux effets collisionnels". Toulouse, INPT, 2008. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000622/.

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Abstract (sommario):
Ce travail aborde, à l'aide de simulations Lagrangiennes, la description du comportement rhéophysique d'une suspension de particules solides sphériques en écoulement cisaillé. Les effets de l’inertie du fluide, de l'agitation Brownienne et de la gravité sont négligés. Les suspensions étudiées sont classées en deux grandes familles, en fonction de l'inertie de la phase dispersée caractérisée par le nombre de Stokes. A très petit nombre de Stokes, les suspensions sont de type liquide-solide où le fluide est très visqueux. Le modèle de simulation "Force Coupling Method" est utilisée pour simuler les interactions hydrodynamiques qui contrôlent la dynamique de ces suspensions. Cette méthode se base sur un développement multipolaire de la perturbation de vitesse induite par la présence des particules dans le fluide porteur. L'évolution de quantités macroscopiques en fonction de la fraction volumique du solide [φ=1-20%] est analysée dans des suspensions monodisperses. Les résultats (fluctuations de vitesse, auto-diffusion, auto-corrélation des vitesses et distribution spatiale de paires de particules…) confortent les tendances observées dans plusieurs études de la littérature. Nous montrons que l’agitation des particules induit un comportement diffusif dont l’intensité est une fonction croissante de la concentration. Le niveau d’agitation mais aussi le temps de diffusion augmentent lorsque les interactions multi-corps contrôlent la dynamique de la suspension. Les effets de lubrification associés à des particules proches du contact sont résolus précisément. Ceci permet d'utiliser la FCM pour simuler des suspensions de concentration plus élevée (allant jusqu'à 35%), et de quantifier leur viscosité effective. Le modèle de simulation est étendu aux cas de suspensions bidisperses. L'impact de la variation du rapport de taille ou de concentration sur les statistiques (des deux espèces) est examiné pour une fraction volumique constante de la phase dispersée. Pour un rapport de concentration fixe, nous avons trouvé qu'un rapport de taille croissant entraîne une augmentation (resp. Diminution) du niveau de fluctuation des petites (resp. Grosses) particules. Quand le rapport de taille et la concentration totale sont fixes, l'augmentation du nombre de grosses particules entraîne l'augmentation du taux de fluctuation et de la diffusion des deux espèces. Les suspensions caractérisées par un nombre de Stokes modéré ou grand sont en général de type gaz-solide. Un modèle de simulation basé sur l’intégration des trajectoires de particules assimilées à des sphères dures est utilisé pour simuler la dynamique de la suspension. Le mouvement des particules est uniquement contrôlé par les collisions et par la force de traînée sur une particule isolée. Les simulations montrent que les propriétés de la suspension dépendent fortement de l'inertie des particules et de la concentration. La variation du nombre de Stokes de 1 à 10 induit une augmentation de l'agitation des particules de trois ordres de grandeur, et une évolution de la distribution de vitesse d'une forme très piquée (proche d’un Dirac) à une forme Maxwellienne. Les résultats numériques sont confrontés aux prédictions de deux modèles issus de la théorie cinétique des milieux granulaires adaptés aux nombres de Stokes modérés: la fonction Dirac (resp. Maxwellienne déviée) est utilisée pour décrire les suspensions faiblement (resp. Fortement) agitées. Une nouvelle théorie pour déterminer les coefficients du tenseur d'auto-diffusion Lagrangienne est développée et validée avec les résultats des simulations. Les coefficients de diffusion et la viscosité de la phase solide sont également confrontés aux modèles théoriques utilisés pour la prédiction d’écoulements complexes. L'effet de l'inélasticité sur les quantités statistiques est également discuté. La conclusion de ce document fait la synthèse de tous ces résultats en proposant une approche unifiée de l’évolution de la viscosité effective du mélange fluide/particules. Une modification de la méthode FCM est proposée pour modéliser simultanément l'inertie des particules et les interactions hydrodynamiques
Lagrangian simulations are used to study the rheophysics of sheared suspensions of spherical particles. The effects of the fluid inertia, the Brownian diffusion and the gravity are neglected. Depending on the particle inertia characterized by the Stokes number, the suspensions are divided into two major classes. The limit of vanishingly small Stokes numbers corresponds to solid particles suspended in a very viscous fluid. The "Force Coupling Method" is used to model the direct hydrodynamic interactions controlling the dynamics of these monodisperse suspensions. This method is based on a finite multipole expansion of the velocity field perturbation induced by each particle. The motion of all the suspension particles is simultaneously coupled through the direct solution of the Stokes equations written for the carrying fluid flow. The macroscopic evolution is studied while the solid volume fraction is increased from low to moderately concentrated [φ=1-20%]. The results (velocity fluctuation, self-diffusion, velocity auto-correlation and spatial distribution of pairs. . . ) are in agreement with several former studies of the literature. We showed that the particle agitation is enhanced by increasing the concentration and leads to a diffusive behavior of the suspension. The agitation level and the characteristic diffusion time are increasing as many-body hydrodynamic interactions control the suspension dynamics. The accuracy of the method is improved by calculating the exact lubrication forces for particle pairs near contact. Hence, this allows to simulate larger suspension concentrations (up to 35%), and to quantify the effective viscosity in this regime. The model is extended to the bidisperse suspension configurations. The dependence of the statistical quantities (of both species) on the size ratio and concentration ratio is discussed for a fixed total volume fraction. For a constant concentration ratio, we obtained that an increase of the size ratio enhances (resp. Reduces) the fluctuation level of the small (resp. Large) particles. The increase large particle number induces a significant enhancement of the fluctuations and self-diffusion of both species. The suspensions characterized by moderate to high Stokes numbers are generally of gas-solid type. A hard-sphere collision model coupled with the particle Lagrangian tracking is used to simulate the suspension dynamics. The particle motion is controlled by only the drag force and particle collisions. The simulations show that the suspension properties depend strongly on the particle inertia and concentration. Increasing the Stokes number from 1 to 10 induces an enhancement of the suspension agitation by three orders of magnitude, and an evolution of the velocity distribution function from a highly peaked (close to the Dirac delta function) to a Maxwellian shape. The numerical results are compared to the predictions of two theoretical models based on the kinetic theory of granular flows adapted to moderate inertia regimes. The velocity distribution used for weakly (resp. Highly) agitated suspensions is the Dirac delta (resp. Deviated Maxwellian) function. A new prediction of the Lagrangian self-diffusion tensor is proposed and validated by the simulations results. The diffusion coefficients and solid phase viscosity are compared to the classical models used in engineering applications. The inelasticity effect on the statistical quantities is discussed as well. The conclusion of the manuscript proposes a unified approach of all the results related to the evolution of the effective viscosity in the bulk. A modification of the Force Coupling Method is proposed to properly simulate the particle inertia and hydrodynamic effects
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Abbas, Micheline Climent Éric Simonin Olivier. "Auto-diffusion de particules dans un écoulement cisaillé des interactions hydrodynamiques aux effets collisionnels /". Toulouse : INP Toulouse, 2008. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000622.

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Obando, Vallejos Benjamin. "Mathematical models for the study of granular fluids". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0274.

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Abstract (sommario):
Cette thèse vise à obtenir et à développer des modèles mathématiques pour comprendre certains aspects de la dynamique des fluides granulaires hétérogènes. Plus précisément, le résultat attendu consiste à développer trois modèles. Nous supposons dans un premier temps que la dynamique du matériau granulaire est modélisée à l’aide d’une approche fondée sur la théorie du mélange. D’autre part, pour les deux modèles restant, nous considérons que le fluide granulaire est modélisé à l’aide d’une approche multiphase associant des structures et des fluides rigides. Plus exactement : • Dans le premier modèle, nous avons obtenu un ensemble d’équations basées sur la théorie du mélange en utilisant des outils d’homogénéisation et une procédure thermodynamique. Ces équations reflètent deux propriétés essentielles des fluides granulaires : la nature visqueuse du fluide interstitiel et un comportement de type Coulomb de la composante granulaire. Avec nos équations, nous étudions le problème de Couette entre deux cylindres infinis d’un écoulement hétérogène granulaire dense, composé d’un fluide newtonien et d’une composante solide. • Dans le deuxième modèle, nous considérons le mouvement d’un corps rigide dans un matériau viscoplastique. Les équations 3D de Bingham modélisent ce matériau et les lois de Newton régissent le déplacement du corps rigide. Notre résultat principal est d’établir l’existence d’une solution faible pour le système correspondant. • Dans le troisième modèle, nous considérons le mouvement d’un corps rigide conducteur thermique parfait dans un fluide newtonien conducteur de la chaleur. Les équations 3D de Fourier-Navier-Stokes modélisent le fluide, tandis que les lois de Newton et l’équilibre de l’énergie interne modélisent le déplacement du corps rigide. Notre principal objectif dans cette partie est de prouver l’existence d’une solution faible pour le système correspondant. La formulation faible est composée de l’équilibre entre la quantité du mouvement et l’équation de l’énergie totale, qui inclut la pression du fluide, et implique une limite libre due au mouvement du corps rigide. Pour obtenir une pression intégrable, nous considérons une condition au limite de glissement de Navier pour la limite extérieure et l’interface mutuelle
This Ph.D. thesis aims to obtain and to develop some mathematical models to understand some aspects of the dynamics of heterogeneous granular fluids. More precisely, the expected result is to develop three models, one where the dynamics of the granular material is modeled using a mixture theory approach, and the other two, where we consider the granular fluid is modeled using a multiphase approach involving rigid structures and fluids. More precisely : • In the first model, we obtained a set of equations based on the mixture theory using homogenization tools and a thermodynamic procedure. These equations reflect two essential properties of granular fluids : the viscous nature of the interstitial fluid and a Coulomb-type of behavior of the granular component. With our equations, we study the problem of a dense granular heterogeneous flow, composed by a Newtonian fluid and a solid component in the setting of the Couette flow between two infinite cylinders. • In the second model, we consider the motion of a rigid body in a viscoplastic material. The 3D Bingham equations model this material, and the Newton laws govern the displacement of the rigid body. Our main result is the existence of a weak solution for the corresponding system. • In the third model, we consider the motion of a perfect heat conductor rigid body in a heat conducting Newtonian fluid. The 3D Fourier-Navier-Stokes equations model the fluid, and the Newton laws and the balance of internal energy model the rigid body. Our main result is the existence of a weak solution for the corresponding system. The weak formulation is composed by the balance of momentum and the balance of total energy equation which includes the pressure of the fluid, and it involves a free boundary (due to the motion of the rigid body). To obtain an integrable pressure, we consider a Navier slip boundary condition for the outer boundary and the mutual interface
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Lecomte, Charles-Edouard. "Instabilités dans un milieu granulaire : tôle ondulée sur un lit de sable, et ségrégation au sein des astéroïdes lâches". Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEN024/document.

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Abstract (sommario):
Cette thèse, composée de deux parties, porte sur l’étude d’instabilités au sein d’un milieugranulaire.La première partie de cette thèse est consacrée à l’instabilité de tôle ondulée, c’est-àdirel’apparition d’un motif de rides sur une piste soumise au passage répété de véhicules.Nos travaux expérimentaux ainsi que des simulations numériques de dynamique moléculairenous ont permis de progresser dans la compréhension de ce phénomène. Pour uneroue rigide tirée à vitesse constante, nous avons étudié quantitativement l’impact de lacohésion du milieu granulaire sur les caractéristiques de l’instabilité : vitesse critique, longueurd’onde et taux de croissance. Nous avons enfin entrepris des études préliminairessur un fluide à seuil simple : un microgel de carbopol.Dans la seconde partie, nous étudions la ségrégation granulaire au sein des astéroïdeslâches. Plusieurs indices montrent qu’un grand nombre d’entre eux sont des empilementsde grains, sans cohésion interne et liés par la gravité. Leur répartition n’est pas homogène,avec des zones lisses recouvertes de fines poussières et d’autres où s’accumulent les grosblocs. Nous avons simulé numériquement un empilement granulaire et nous l’avons soumisà des secousses répétées : nous avons réussi à reproduire la ségrégation. Nous avonsétudié l’influence des paramètres physiques et numériques sur le niveau de ségrégation etla dynamique du phénomène. Nous nous sommes aussi intéressés aux phénomènes physiquespouvant causer la ségrégation : convection granulaire, tamisage cinétique, pressionde déplétion, etc. Enfin, nous avons mis en évidence une instabilité azimutale qui peutexpliquer les observations faites pendant les missions spatiales
This thesis, consisting of two parts, is focusing on instabilities into a granular assembly.The first part deals with washboard road instability, which is the growth of a ripplepattern on a track subjected to repeated passages of vehicles. Our experimental work aswell as soft spheres numerical simulations provide us a better understanding of this phenomenon.In the case of a rigid wheel dragged at constant velocity, we quantitatively studiedthe impact of the cohesion into the granular media on the main features of the instability :critical velocity, wavelength and growth rates. Finally, we have begun preliminary studieson a yield stress fluid, namely a carbopol microgel.The second part is devoted to the granular segregation in asteroids. Several keys showthat a significant part of them are rubble-piles, without internal cohesion and held togetherby their weak self-gravity. The distribution of grains is heterogeneous : while some regionsconsist in fine sand or powder, large boulders seem to accumulate in other parts. Wenumerically simulated a granular pile and subjected it to repeated quakes : we managedto reproduce segregation. We studied the influence of physical and numerical parameterson the segregation level and the dynamics of the phenomenon. We also investigate variouscauses of the segregation : granular convection, kinetic sieving, depletion pressure, etc.Finally, we highlighted an azimuthal segregation which can explain observations duringspatial missions
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Larrieu, Emeline. "Dynamique d'un lit granulaire sous écoulement visqueux oscillant". Toulouse 3, 2006. http://www.theses.fr/2006TOU30219.

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Abstract (sommario):
Cette thèse étudie d'abord l'interaction entre un lit de grains et un écoulement de Couette visqueux oscillant. Le nombre de Shields est d'ordre 1 et le Reynolds de grain petit devant 1. L'injection d'un colorant met en évidence un écoulement moyen uniforme orienté des creux vers les crêtes des rides. Le calcul théorique incluant la déformation lagrangienne du colorant retrouve ces résultats. La croissance des rides est étudiée. La longueur d'onde initiale est indépendante du nombre de Shields. Un temps de latence existe avant croissance et correspond à une compaction du lit. La croissance s'accompagne elle d'une décompaction qui semble localisée aux crêtes. L'étude du mouvement des grains montre un lien étroit avec l'évolution microscopique: vitesses, densité des grains mobiles. Une partie indépendante traite de l'effondrement d'une colonne de grains secs. Un modèle Saint-Venant avec ajout de masse permet de reproduire numériquement les lois d'échelle expérimentales (distance et hauteur)
The interaction between a granular bed and a viscous oscillating Couette flow is studied. The Shields number is close to 1 and the particle Reynolds number small relative to 1. The injection an ink streak above the ripples shows the existence of a steady streaming directed from troughs to crests. Theoretical calculations including lagrangian deformation of the streak recover the experimental results. Growth of the ripples is then studied. The initial wavelength seems independent of Shields number and is quite scattered. A latency period exists before the onset of instability, during which bed compaction is observed, whereas decompaction occurs during ripple growth. Macroscopic and grain-size behaviours are strongly related. Decompaction seems localised on ripples'crests. An independant part deals with the collapse of a dry granular column. A shallow-water model combined with progressive mass addition enables to reproduce numerically experimental scaling laws for runout distance and height
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Badr, Sarah. "Erosion d'un milieu granulaire par un jet". Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112349/document.

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Abstract (sommario):
Cette thèse consiste en l’étude expérimentale de l’érosion d’un milieu granulaire horizontal par un jet vertical. Dans un premier temps, nous étudions finement le seuil d’érosion. L’injecteur est placé à une distance donnée de l’empilement, et la vitesse débitante du jet est progressivement augmentée jusqu’à l’observation du déplacement des premiers grains à la surface du sédiment. La variation de la distance pour la mesure du seuil conduit le jet à passer par différents régimes d’écoulement, notamment laminaire et turbulent. Une analyse est menée à partir des modèles auto-similaires des jets en régimes laminaire et turbulent, qui prévoient une décroissance de la vitesse axiale en fonction de la distance au point source de l’écoulement appelé origine virtuelle. Il est alors possible d’estimer la vitesse locale au niveau de l’empilement, ce qui permet de montrer que le mécanisme local d’érosion décrit par le nombre de Shields est inertiel et indépendant du régime du jet. Dans un second temps, nous menons une étude sur la morphologie des cratères formés au-delà du seuil d’érosion. A nombre de Shields inertiel croissant, le cratère passe d’une forme entièrement parabolique à une forme plus complexe, composée d’une partie parabolique invariante à l’aplomb du jet et d’une couronne avalancheuse de pente constante sur les flancs. Nous montrons que l’épaisseur de l’empilement n’a pas d’influence sur les caractéristiques des cratères tant que le jet n’atteint pas le support. Lorsque c’est le cas, nous observons alors une troisième forme de cratère composée d’une région centrale sans grains et conservant une partie avalancheuse sur les flancs, raccordée au support par une petite zone parabolique. Nous montrons enfin que les caractéristiques du cratère sont contrôlées par la distance jet-empilement et qu’il est nécessaire de tenir compte de l’écart du nombre de Shields à sa valeur seuil dans cette analyse en fonction de la distance
The present thesis consists in the experimental study of the erosion of a horizontal granular bed by a vertical jet. In a first part we study in details the erosion threshold. With the injector fixed at a given distance from the granular surface, the mean jet velocity is gradually increased until the displacement of first grains at the bed surface. Depending on the jet-bed distance, different jet flow regimes are observed, from laminar to turbulent. Using self-similar jet models in either laminar or turbulent regimes, which predict the axial velocity decay as a function of the distance from a flow point source called virtual origin, the local velocity at the bed position is estimated, allowing us to show that the local erosion mechanism described by the Shields number is inertial and independent of the jet regime. In a second part, we study the shape of craters formed above erosion threshold. Increasing the Shields number, the crater goes from a shape entirely parabolic to a more complex one with an invariant parabolic region close to the jet axis and a constant avalanching slope further on the side. We show that the bed thickness has no influence on the crater characteristics as long as the jet does not reach the bottom wall. When it does, we observe a third shape for the crater composed of a central flat region without any grains connected to the avalanching crown on the side by a small parabolic crown. We show the crater characteristics are governed by the jet-bed distance and that it is necessary to take into account the difference between the Shields number and its threshold value in this distance analysis
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de, Moraes Franklin Erick. "Dynamique de dunes isolées dans un écoulement cisaillé". Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/302/.

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Abstract (sommario):
Le transport de grains cisaillés par un fluide en écoulement est fréquemment rencontré dans la nature et dans l'industrie. Sur un sol non érodable, si le débit de grains transportés par charriage est assez faible et l'écoulement du fluide est dans un sens unique, le lit n'est pas continu, mais constitué de dunes isolées en forme de croissant: les barkhanes. On présente ici une étude expérimentale de la dynamique de dunes du type barkhanes sous un écoulement turbulent d'eau, dans une conduite de section rectangulaire. D'une part, on s'intéresse à la morphologie et à la migration des barkhanes, d'autre part nous mesurons la perturbation causée par la dune et identifions le frottement qu'il exerce sur sa surface
The transport of solid particles entrained by a fluid flow as bed-load is frequently found in nature and in industrial environments. If bed-load takes place over a non-erodible ground, and if the particles flow rate is small enough and the fluid flow one-directional, an initial thin continuous layer of particles becomes discontinuous and composed of isolated dunes with a crescentic shape: the barchans. We present here an experimental study concerning barchans dynamics when submitted to a rectangular closed-conduit turbulent fluid flow. On the one hand, we investigate the migration of barchan dunes. On the other hand, we investigate the fluid flow perturbation caused by the dune, in particular the shear stress acting on its surface
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Seguin, Antoine. "De la pénétration en milieu granulaire". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00727081.

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Abstract (sommario):
L'objectif de ce travail réside dans la compréhension de la force sur un objet pénétrant un milieu granulaire. À partir de mesures de forces sur un cylindre en pénétration à vitesse constante, nous avons caractérisé cette force qui est indépendante de la vitesse imposée, proportionnelle au diamètre du cylindre et varie non-linéairement avec la taille des grains. En complément, nous avons mesuré le champ de vitesse des grains : celui-ci est stationnaire et l'écoulement est incompressible. On observe une localisation du cisaillement dans une zone proche du cylindre avec une dépendance spatiale exponentielle gouvernée par le diamètre du cylindre. Un modèle hydrodynamique s'appuyant sur la théorie cinétique étendue aux régimes d'écoulements denses reproduit correctement cette localisation et fournit des lois d'échelles pour la force similaires aux résultats expérimentaux. En dé finissant un nombre de Reynolds granulaire, nous avons montré que ce régime est l'équivalent d'un régime visqueux de Stokes à petit nombre de Reynolds. Il existe une transition vers un autre régime à grand Reynolds où les pro fils de vitesses perdent leur symétrie amont-aval et la force change sans doute d'expression. Enfin, le cas de l'impact d'un projectile où ces deux régimes existent successivement a aussi été étudié expérimentalement et numériquement. L'existence d'un terme supplémentaire de force proportionnelle au carré de la vitesse est sans doute issue du régime à grand Reynolds. Les deux termes donnent lieu à deux temps caractéristiques dont le temps d'arrêt est fonction et à l'origine d'un temps d'arrêt plus court pour une vitesse d'impact plus grande.
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Rondon, Loic. "Effondrement granulaire : couplages fluide-grains". Thesis, Aix-Marseille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011AIX10209/document.

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Abstract (sommario):
Nous étudions expérimentalement l'effondrement d'une colonne granulaire dans un liquide visqueux. Contrairement au cas sec, la morphologie des dépôts n'est principalement plus contrôlée par le rapport d'aspect initial du tas mais par la fraction volumique initiale de la masse granulaire. Deux régimes différents sont identifiés selon l'empilement initial. L'empilement lâche donne lieu à des dépôts minces et longs et la dynamique est rapide. Une surpression du liquide est mesurée sous de la colonne. Pour l'empilement dense, l'étalement final est deux fois moindre, le mouvement est lent et une dépression interstitielle est mesurée. Ces observations suggèrent que la dynamique de l'effondrement granulaire dans un fluide est fortement affectée par le comportement de la dilatance du milieu granulaire.Nous développons ensuite un modèle théorique basé sur des équations diphasiques moyennées dans l’épaisseur prenant en compte les mécanismes de dilatance. L’étude dimensionnelle de notre modèle permet de montrer que l’effondrement d’une colonne est contrôlé par trois paramètres sans dimension : le rapport d’aspect de la colonne, la fraction volumique initiale, et le nombre de grains dans l’épaisseur. On montre également que le temps caractéristique met en compétition le frottement visqueux et la gravité.De ce modèle, nous développons un algorithme de résolution lagrangien. Cette approche, grossière mais robuste, permet d’implanter s sans trop de difficulté. Le code est validé sur des configurations simples sur plan incliné avant de simuler l’effondrement de colonnes granulaires immergées dans la même gamme de paramètres que nos expériences
Nous étudions expérimentalement l'effondrement d'une colonne granulaire dans un liquide visqueux. Contrairement au cas sec, la morphologie des dépôts n'est principalement plus contrôlée par le rapport d'aspect initial du tas mais par la fraction volumique initiale de la masse granulaire. Deux régimes différents sont identifiés selon l'empilement initial. L'empilement lâche donne lieu à des dépôts minces et longs et la dynamique est rapide. Une surpression du liquide est mesurée sous de la colonne. Pour l'empilement dense, l'étalement final est deux fois moindre, le mouvement est lent et une dépression interstitielle est mesurée. Ces observations suggèrent que la dynamique de l'effondrement granulaire dans un fluide est fortement affectée par le comportement de la dilatance du milieu granulaire.Nous développons ensuite un modèle théorique basé sur des équations diphasiques moyennées dans l’épaisseur prenant en compte les mécanismes de dilatance. L’étude dimensionnelle de notre modèle permet de montrer que l’effondrement d’une colonne est contrôlé par trois paramètres sans dimension : le rapport d’aspect de la colonne, la fraction volumique initiale, et le nombre de grains dans l’épaisseur. On montre également que le temps caractéristique met en compétition le frottement visqueux et la gravité.De ce modèle, nous développons un algorithme de résolution lagrangien. Cette approche, grossière mais robuste, permet d’implanter s sans trop de difficulté. Le code est validé sur des configurations simples sur plan incliné avant de simuler l’effondrement de colonnes granulaires immergées dans la même gamme de paramètres que nos expériences
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Deseigne, Julien. "Système expérimental modèle d'un fluide actif polaire". Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00567513.

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Abstract (sommario):
Les mouvements collectifs observés dans la nature, tels les nuées d'étourneaux ou les bancs de poissons, peuvent être décrits dans le cadre d'un nouveau type de matière condensée fondamentalement hors d'équilibre : la matière active polaire. Elle est constituée de particules, dites polaires, capables d'utiliser de l'énergie qu'on leur injecte pour se mouvoir dans une direction propre. Nous avons réalisé un système bidimensionnel de disques polaires soumis à une vibration homogène qui n'interagissent que par contact. Ces disques se comportent comme des marcheurs aléatoires, dont les trajectoires présentent une longueur de persistance grande devant leur taille et contrôlée par les fluctuations angulaires de la polarité des disques. Les modes d'alignement résultant du couplage entre la persistance du mouvement et l'interaction de coeur dur entre les particules sont complexes. En particulier, nous observons que seules 10% des collisions se traduisent par un alignement effectif de type ferromagnétique. Pourtant, nous observons l'émergence de mouvements collectifs spontanés au sein du système caractérisés par des fluctuations géantes de densité. Ces résultats montrent la robustesse de l'ordre polaire observé dans les modèles théoriques et numériques de la matière active polaire 2D sur substrat.
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Serres, Marion. "Étude hydrodynamique d'un écoulement gaz-liquide dans un milieu poreux confiné". Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEN018/document.

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Abstract (sommario):
Cette thèse se focalise sur les écoulements gaz-liquide dans un milieu poreux, problématique rencontrée dans des domaines variés allant de la physique fondamentale à la chimie appliquée. Nous avons caractérisé expérimentalement les régimes hydrodynamiques dans deux géométries différentes : un canal millifluidique (écoulement quasi-1D) et une cellule de Hele-Shaw (écoulement quasi-2D). L’originalité de ce travail est d’analyser l’effet du milieu poreux (lits de billes polydisperses ou mousses solides à cellules ouvertes), du confinement (1D/2D) et de la gravité en couplant des approches locales et globales développées dans les communautés de physique expérimentale et de génie chimique. D’une part, une analyse globale a permis de quantifier les pertes de charge [1] et, basée sur le transport d’un traceur fluorescent, les distributions de temps de séjour [2] et le transfert gaz-liquide dans l’expérience 1D ; d’autre part, une analyse locale de la fraction liquide et l’évolution spatio-temporelle de son contenu fréquentiel ont permis de mettre en évidence deux régimes hydrodynamiques dans le canal millifluidique [3-5] : un régime pseudo-Taylor, où les caractéristiques de l’écoulement périodique amont sont conservées, et un régime modulé, pour lequel l’écoulement se désorganise à l’entrée du milieu poreux. Un modèle phénoménologique basé sur la propagation des bulles dans le milieu est proposé, et rend compte de l’existence de ces deux régimes [4,5]. Enfin, ces deux analyses sont couplées pour étudier les écoulements dans la cellule de Hele-Shaw, et une analyse dimensionnelle de l’effet du confinement et de la gravité sur les écoulements gaz-liquide dans un milieu poreux est proposée.Références –[1] M. Serres, R. Philippe & V. Vidal, to be submitted to Geophys. Res. Lett. (2017). [2] M. Serres, D. Schweich, R. Philippe & V. Vidal, to be submitted to Chem. Eng. Sci. (2017).[3] M. Serres, R. Philippe & V. Vidal, Compte-rendus de la 19e Rencontre du Non-Linéaire, Eds. E. Falcon, M. Lefranc, F. Pétrélis & C.-T. Pham, Non-Linéaire Publications, 109-114 (2016).[4] M. Serres, M.-L. Zanota, R. Philippe & V. Vidal, Int. J. Multiphase Flow 85, 157-163 (2016).[5] M. Serres, T. Maison, R. Philippe & V. Vidal, to be submitted to Int. J. Multiphase Flow (2017)
This thesis focuses on gas-liquid flow in porous media, a common problem encountered in various domains from fundamental physics to applied chemical engineering. We have characterized the hydrodynamic regimes based on two different experimental devices geometry: a millichannel (1D flow) and a Hele-Shaw cell (2D flow). The originality of this work is to analyze the influence of the porous medium (monodisperse micro-packed beds or open cell solid foams), confinement (1D/2D) and gravity by coupling global and local analysis from either chemical engineering or fundamental physics community. On the one hand, a global analysis made it possible to quantify pressure drops, residence time distributions (RTD) based on fluorescent dye transport and gas-liquid mass transfer on the 1D device. On the other hand, a local analysis of the liquid fraction and the spatio-temporal evolution of its frequency pointed out the existence of two hydrodynamic regimes: a Taylor-like regime in which the characteristics of the periodic flow upstream are conserved in the porous medium and a modulated regime characterized by the flow disorganization at the porous medium entrance. A phenomenological model is developed based on bubbles propagation inside the medium and reproduces well both regimes. These two analyses are finally coupled to study multiphase flows inside the Hele-Shaw cell. The effects of gravity and confinement are discussed
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Zou, Zhenhai. "Etude de l'éjection de grains hors d'un cylindre pressurisé". Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0412.

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Abstract (sommario):
Nous considérons un scénario hypothétique d’accident initié par une insertion de réactivité nucléaire entrainant la rupture de la gaine d’un crayon combustible. La violence du contact avec le fluide caloporteur dépendrait fortement du débit de fragment combustible, initialement confiné avec un gaz pressurisé, sortant du crayon. Ce travail de thèse a consisté à étudier cette dynamique en la modélisant par la vidange d’un milieu granulaire hors d’un silo pressurisé. Nous nous sommes d’abord concentrés sur le rôle de la géométrie interne du silo grâce à un fond incliné. Pour un faible angle d’inclinaison, l’orientation de l’écoulement granulaire (donc le débit) est contrôlée par la friction pariétale, tandis qu’une grande inclinaison détermine cette orientation. Nous nous sommes ensuite intéressés au rôle du gaz pressurisé d’abord en imposant une surpression d’air constante puis en considérant un cas transitoire dans lequel une surpression initiale provoque la rupture de l’orifice. Dans les deux configurations, le débit granulaire est mis à l’échelle par une loi de Beverloo modifiée où le gradient de pression du gaz près de l’orifice agit comme une force motrice supplémentaire qui peut être décrite par la loi de Forchheimer. Nous proposons un modèle quasi-stationnaire pour le débit granulaire ainsi qu’une simulation continue basée sur un modèle multiphasique qui reproduisent bien les résultats expérimentaux. A forts débits, nous observons une instabilité du jet, initiée par des oscillations de pression à l’orifice. Enfin nous avons montré que le milieu environnant agit sur la condition de pression à la sortie du silo
We consider a hypothetical scenario of reactivity initiated accident in a nuclear power plant. The violence of the so-called fuel-coolant interaction phenomena depends strongly on the flow rate of particles out of the gas pressurized rod. The aim of this thesis was to study how this discharge rate is driven by the internal geometry and the pressurized gas. We focused firstly on the discharge of a rectangular silo with an inclined bottom. For a small inclination angle, the granular flow orientation is controlled by the wall friction, whereas a large inclination angle fully determines this orientation. Secondly, we focused on two configurations with pressurized gas : a case with constant gas overpressure at the top of the silo and a more transient case for which an initial larger overpressure initiates the rupture of an orifice. The granular flow rate increases significantly with the gas flow, especially for the finer particles and the large overpressures. In both cases, the flow rate scales with a modified Beverloo law where the gas pressure gradient near the outlet acts as an additional driving force. The pressure gradient is well described by a Forchheimer resistance law through the granular medium. We therefore propose a quasi-steady model for the transient description of the granular flow rate. The two configurations were successfully reproduced by numerical simulations based on a continuum multiphase model. For the larger flow rates, instabilities of the granular jet were found to be initiated by pressure oscillations in the outlet region. The presence of water surrounding the silo only acts through an additional hydrostatic pressure effect
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Haffner, Benjamin. "Stabilité des suspensions fortement aérées". Thesis, Paris Est, 2015. http://www.theses.fr/2015PEST1095/document.

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Abstract (sommario):
Nous étudions le drainage des mousses de suspension granulaire. Nos paramètres de contrôle sont : la fraction en gaz, la taille des bulles, celle des particules et la fraction volumique de celles-ci dans la phase interstitielle. En premier lieu, nous mesurons la proportion de liquide et de particules retenus dans le réseau de la mousse en fonction des paramètres cités précédemment. Ces mesures réalisées une fois le drainage terminé apportent des éléments de compréhension indispensables à la description des vitesses de drainage. Nous montrons également que certaines combinaisons de nos paramètres d'étude conduisent au blocage du système gaz, liquide, solide. Dans un second temps, nous avons identifié différents régimes de cinétique de drainage, nous montrons qu'ils sont contrôlés par deux paramètres : (i) le rapport lambda de la taille des particules et de la taille des constrictions du réseau, (ii) la fraction en particules dans la phase interstitielle phi. Le point clé pour comprendre ces régimes est le piégeage des particules dans la mousse qui peut avoir deux origines : (i) par piégeage collectif (jamming) qui peut survenir pour des fractions étonnamment basses à cause de la géométrie du réseau interstitiel, (ii) la capture individuelle des particules par la mousse lorsque leur taille devient supérieure à celle des constrictions du réseau interstitiel. Des particules encore plus grosses sont exclues du réseau et participent à une remontée de la vitesse de drainage, faisant apparaître un minimum pour le régime correspondant à la capture individuelle. La fraction granulaire de la phase interstitielle est aussi essentielle, le drainage pouvant être stoppé pour des fractions suffisamment élevées lorsque lambda est judicieusement choisi. Ce travail propose des pistes prometteuses pour la stabilité des matériaux triphasiques
We study the drainage of granular suspensions foams. Our control parameters are the gas fraction, the bubble size, the particles size and the interstitial particle fraction. First, we measure the proportion of liquid and particles retained in the foam network as function of the above mentioned parameters. These measurements are performed when the drainage is over, they are essential for the description of drainage velocity. We show that certain combinations of our study parameters lead to the jamming of the three-phase system : gas, liquid, solid. Secondly, we highlight different regimes of drainage velocity, we show that is controlled by two parameters : (i) lambda, the ratio of the particle size and constriction size, (ii) the fraction of particles in the interstitial network : phi. The key to understand these regimes is the trapping of particles in the foam : (i) the jamming, which may occur for surprisingly low fractions due to the geometry of the pore network, (ii) the particles captured by the foam network when they become larger than the constrictions network. Finally, larger particles excluded from the network increase the drainage velocity, as a consequence the minimum for the velocity corresponds to the individual capture. The granular fraction of the suspension in the foam network is the other key parameter. Especially, the drainage can be stopped for sufficiently high fractions for certain values of lambda. This work offers promising outlook for the stability of three-phase materials
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Hamidouche, Souria. "Étude expérimentale et numérique de l'écoulement autour d'une ride isolée". Thesis, Poitiers, 2013. http://www.theses.fr/2013POIT2311/document.

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Abstract (sommario):
L'étude de l'écoulement à l'aval d'une ride a un intérêt primordial dans la dynamique et l'évolution des rivières, des milieux côtiers ou des estuaires. Une des questions au coeur de ces écoulements est liée aux mécanismes d'interaction entre les particules et l'écoulement. Cette interaction donne souvent lieu à la formation de structures ondulées (rides ou dunes). Ce couplage est engendré au niveau de l'écoulement moyen, de la forme de la dune mais aussi au niveau de la macro turbulence et des structures tourbillonnaires instationnaires générées par la présence même des formes sédimentaires. L'identification des différents mécanismes et processus hydrodynamiques générés par la présence de dunes ou rides est exposée en détail par l'examen de l'écoulement laminaire à l'aval d'une ride fixe et isolée. Des techniques de mesure optiques 2D (PIV, visualisations) et 3D (Stéréo-PIV, tomographie laser) couplées à une étude numérique avec un code industriel, permettent de mettre en évidence l'instationarité, la tridimensionnalité de l'écoulement ainsi que la dynamique tourbillonnaire de la zone de recirculation à l'aval de la ride. L'impact de l'écoulement turbulent sur la naissance de dunes isolées est analysé au moyen d'une étude détaillée sur le transport de particules à partir d'essais menés en canal hydro-sédimentaire. Le rôle particulier de la zone de recirculation à l'aval de la dune est mis en évidence à l'aide d'un suivi spatio-temporel du transport des particules entre sa crête et sa face d'avalanche. Finalement, l'analyse et l'influence des conditions hydrauliques sur le seuil critique de mise en mouvement d'un lit de particules ainsi que la formation et la migration d
The aim of this study is to examine the processes leading to development a bed river, estuary or coastal environments morphology. The ability to investigate the complex nature of the interaction between fluids and sediments mechanisms and its role in bed transport and river stability is important to understand river evolution. Dunes or ripples are in frequent interaction with the bed. Hence, the topology of dune is related to the macroturbulence of the flow, mean flow field and the instantaneous structures of the vortices generated by these forms. Details of different mechanisms and hydrodynamic process generated behind a fixed single ripple are exposed by examining a laminar flow over the dune itself. Measurements with two-component Particle Image Velocimetry, three-component Stereo-PIV and flow visualization coupled with a numerical studies are performed to acquire and to obtain a detailed knowledge of the flow over the dune concerning the three-dimensionality, the instantaneous behavior of the flow and the large dynamic of vortex in the recirculation zone along the ripple. A set experiment generating turbulent flow is conducted in a hydro-sedimentary channel to detail the quantitative measurement of bedload transport processes in order to determine the effects of the turbulent flow on dune creation. A spatio-temporal monitoring of particles transport from crest to dune slip face is conducted to point the particular role of the recirculation region. Finally, the analyze and the effect of hydraulics conditions on the critical shear stresses for incipient particle motion as well as the formation and the migration of the mobile dune are emphasized by a geomorphological st
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Yuan, Chao. "Modélisation à l'échelle des pores et étude hydro-mécanique des matériaux granulaires partiellement saturés". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAI033/document.

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Abstract (sommario):
Les situations où deux fluides non miscibles sont présents dans un matériau granulaire déformable sont largement rencontrées dans la nature et dans de nombreux domaines de l'ingénierie et de la science. Comprendre l'évolution de tels systèmes multiphases nécessite la connaissance de toutes les phases, leur distribution et interactions. Un modèle micro-hydromécanique couplé est présenté dans cette thèse sur la base de travaux précédents, visant à simuler le drainage quasi-statique de matériaux granulaires déformables. Il combine une approche de type réseau de pores et la méthode des éléments discrets (DEM) pour les fluides et les grains respectivement. Un critère local de mouvement d'interfaces fluides est établi, afin d'approximer au mieux le rôle de la géométrie porale sur les phénomènes capillaires et notamment les forces exercées sur les grains solides à l'intérieur de chaque pore. Une attention particulière est dédiée aux événements de piégeage du fluide drainé et à l'invasion préférentielle le long des bords du domaines. Le modèle est valide par la comparaison avec des résultats expérimentaux (courbes de rétention d'eau). Nous appliquons le modèle pour étudier deux questions: (1) les effets de taille finie et à la question du volume élémentaire représentatif (REV); (2) le paramètre de contrainte effective de Bishop et la relation entre contrainte effective macroscopique contrainte de contact micromécanique. Finalement, une extension du modèle au régime pendulaire est présentée et des premiers résultats sont présentés et discutés
The situation of two immiscible fluids through a deformable granular material is widely encountered in nature and in many areas of engineering and science. To understand the physical evolution of the multiphase system is of great importance for the applications. It requires the knowledge of all component phases, their distribution and interactions. A pore-scale coupled hydromechanical model is presented in this thesis based on previous work, aiming at simulating the quasi-static drainage of a deformable granular materials. The model combines a pore network approach and the discrete element method (DEM) for the fluids and grains, respectively. A local criterion for determining the local movements of the fluids interfaces established to approximate the role of the local pore geometry on capillarity and namely on the forces exerted on the solid grains inside each pore. Special attentions have been paid to the entrapment events of the receding fluid and to the preferential invasion along the boundaries. The model is validated through comparisons with experimental results (water retention curves). We apply the model for examining two issues: (1) finite size effects and the concept of representative elementary volume (REV); (2) Bishop's effective stress parameter and to the relationship between macro-scale effective stress and micro-scale contact stress. Finally, an extension to the pendular regimes is proposed and first results are presented and analyzed
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Rakotonirina, Andriarimina. "Fluid-solid interaction in a non-convex granular media : application to rotating drums and packed bed reactors". Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEN047/document.

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Abstract (sommario):
Cette thèse porte sur l'étude numérique des écoulements fluide-particules rencontrés dans l'industrie. Ces travaux se situent dans le cadre de la compréhension des phénomènes qui se déroulent dans des tambours tournants et réacteurs à lit fixe en présence de particules de forme non convexe. En effet, la forme des particules influence de manière importante la dynamique de ces milieux. A cet effet, nous nous sommes servis de la plateforme numérique parallèle Grans3D pour la dynamique des milieux granulaires et PeliGRIFF pour les écoulements multiphasiques. Dans la première partie de cette thèse, nous avons développé une nouvelle stratégie numérique qui permet de prendre en compte des particules de forme arbitrairement non convexe dans le solveur Grains3D. Elle consiste à décomposer une forme non convexe en plusieurs formes convexes quelconques. Nous avons nommé cette méthode « glued-convex ». Le modèle a été validé avec succès sur des résultats théoriques et expérimentaux de tambours tournants en présence de particules en forme de croix. Nous avons aussi utilisé le modèle pour simuler le chargement de réacteurs à lits fixes puis des lois de corrélation sur les taux de vide ont été déduites de nos résultats numériques. Dans ces travaux, nous avons aussi testé les performances parallèles de nos outils sur des simulations numériques à grande échelle de divers systèmes de particules convexes. La deuxième partie de cette thèse a été consacrée à l'extension du solveur PeliGRIFF à pouvoir prendre en compte la présence de particules multilobées (non convexes) dans des écoulements monophasiques. Une approche du type Simulation Numérique Directe, basée sur les Multiplicateurs de Lagrange Distribués / Domaine Fictif (DLM/FD), a alors été adoptée pour résoudre l'écoulement autour des particules. Une série d'études de convergence spatiale a été faite basée sur diverses configurations et divers régimes. Enfin, ces outils ont été utilisés pour simuler des écoulements au travers de lits fixes de particules de forme multi-lobée dans le but d'étudier l'influence de la forme des particules sur l'hydrodynamique dans ces lits. Les résultats ont montré une consistance avec les résultats expérimentaux disponibles dans la littérature
Non convex granular media are involved in many industrial processes as, e.g., particle calcination/drying in rotating drums or solid catalyst particles in chemical reactors. In the case of optimizing the shape of catalysts, the experimental discrimination of new shapes based on packing density and pressure drop proved to be difficult due to the limited control of size distribution and loading procedure. There is therefore a strong interest in developing numerical tools to predict the dynamics of granular media made of particles of arbitrary shape and to simulate the flow of a fluid (either liquid or gas) around these particles. Non-convex particles are even more challenging than convex particles due to the potential multiplicity of contact points between two solid bodies. In this work, we implement new numerical strategies in our home made high-fidelity parallel numerical tools: Grains3D for granular dynamics of solid particles and PeliGRIFF for reactive fluid/solid flows. The first part of this work consists in extending the modelling capabilities of Grains3D from convex to non-convex particles based on the decomposition of a non-convex shape into a set of convex particles. We validate our numerical model with existing analytical solutions and experimental data on a rotating drum filled with 2D cross particle shapes. We also use Grains3D to study the loading of semi-periodic small size reactors with trilobic and quadralobic particles. The second part of this work consists in extending the modelling capabilities of PeliGRIFF to handle poly-lobed (and hence non-convex) particles. Our Particle Resolved Simulation (PRS) method is based on a Distributed Lagrange Multiplier / Fictitious Domain (DLM/FD) formulation combined with a Finite Volume / Staggered Grid (FV/SG) discretization scheme. Due to the lack of analytical solutions and experimental data, we assess the accuracy of our PRS method by examining the space convergence of the computed solution in assorted flow configurations such as the flow through a periodic array of poly-lobed particles and the flow in a small size packed bed reactor. Our simulation results are overall consistent with previous experimental work
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Lefebvre, Gautier. "Incorporation de liquide dans un milieu granulaire : mécanismes du mélange". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01061870.

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Abstract (sommario):
Les milieux granulaires, secs et humides, sont omniprésents dans la nature et également dans l'industrie. Néanmoins, à ce jour la façon dont est obtenue un mélange de liquide avec un matériau granulaire est mal connue. En particulier, on ignore les mécanismes permettant de réaliser le mélange, et la physique qui les gouverne. Comment un système hétérogène avec des zones riches en liquide et d'autres sèches, aux propriétés très différentes, va-t-il évoluer ? Ce travail commence par l'étude du mécanisme d'érosion d'un milieu granulaire humide et cohésif par un écoulement sec. Une première partie traite de la dynamique de ce processus dans une géométrie de tambour tournant. Nous avons pu observer que les propriétés des liquides impliqués ont une influence particulière sur la dynamique de rupture des ponts capillaires. Par ailleurs, les fluctuations de contrainte de l'écoulement se sont révélées cruciales dans ce phénomène. La mise en œuvre de l'érosion granulaire dans une géométrie de canal incliné a permis d'observer un phénomène d'instabilité basé sur le couplage entre l'érosion et la forme de l'interface. Nous avons déterminé les conditions d'existence de cette instabilité, et détaillé la morphologie des structures créées. Enfin nous avons étudié le mécanisme d'accrétion, qui participe au transport du liquide par la création de nouveaux ponts capillaire permettant l'agglomération de grains.
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Burdeau, Alexis. "Propriétés cinétiques de milieux granulaires vibrés". Paris 6, 2009. http://www.theses.fr/2009PA066249.

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Abstract (sommario):
La réalisation expérimentale des résultats théoriques obtenus ces dernières années en théorie cinétique des gaz granulaires n'a pas encore été caractérisée de façon certaine. Parmi tous les systèmes expérimentaux, les milieux granulaires vibrofluidisés présentent des propriétés tout à fait adaptées pour tenter cette caractérisation. Lorsqu'on observe des particules vibrées dans le plan horizontal, on peut en effet s'affranchir de l'influence de la gravité sur les vitesses, ce qui permet une comparaison plus aisée avec les prédictions théoriques. Ces dernières années, des expériences de ce type ont montré l'existence de distributions des vitesses caractéristiques de la théorie des gaz granulaires : distributions des vitesses Gaussiennes, queues de distributions en exponentielles étirées, corrections de Sonine à la Gaussienne, mais l'étude microscopique des mécanismes sous-jacents à ces résultats était manquante. L'objectif de la présente étude est de combler cette lacune en conjuguant modélisation numérique et approche cinétique pour reproduire et interpréter ces résultats expérimentaux. Le modèle de simulation que nous avons développé pour reproduire numériquement l'observation expérimentale d'un bain Gaussien granulaire a été mis à profit pour confirmer la réalisation expérimentale possible d'un moteur Brownien granulaire. Les propriétés de ce moteur, qui découlent d'une dissipation répartie de façon non uniforme à sa surface, ont été étudiées par l'équation de Boltzmann-Lorentz. Les prédictions théoriques obtenues de la sorte sont en bon accord avec les résultats numériques.
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Obando, Vallejos Benjamin. "Mathematical models for the study of granular fluids". Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0274/document.

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Abstract (sommario):
Cette thèse vise à obtenir et à développer des modèles mathématiques pour comprendre certains aspects de la dynamique des fluides granulaires hétérogènes. Plus précisément, le résultat attendu consiste à développer trois modèles. Nous supposons dans un premier temps que la dynamique du matériau granulaire est modélisée à l’aide d’une approche fondée sur la théorie du mélange. D’autre part, pour les deux modèles restant, nous considérons que le fluide granulaire est modélisé à l’aide d’une approche multiphase associant des structures et des fluides rigides. Plus exactement : • Dans le premier modèle, nous avons obtenu un ensemble d’équations basées sur la théorie du mélange en utilisant des outils d’homogénéisation et une procédure thermodynamique. Ces équations reflètent deux propriétés essentielles des fluides granulaires : la nature visqueuse du fluide interstitiel et un comportement de type Coulomb de la composante granulaire. Avec nos équations, nous étudions le problème de Couette entre deux cylindres infinis d’un écoulement hétérogène granulaire dense, composé d’un fluide newtonien et d’une composante solide. • Dans le deuxième modèle, nous considérons le mouvement d’un corps rigide dans un matériau viscoplastique. Les équations 3D de Bingham modélisent ce matériau et les lois de Newton régissent le déplacement du corps rigide. Notre résultat principal est d’établir l’existence d’une solution faible pour le système correspondant. • Dans le troisième modèle, nous considérons le mouvement d’un corps rigide conducteur thermique parfait dans un fluide newtonien conducteur de la chaleur. Les équations 3D de Fourier-Navier-Stokes modélisent le fluide, tandis que les lois de Newton et l’équilibre de l’énergie interne modélisent le déplacement du corps rigide. Notre principal objectif dans cette partie est de prouver l’existence d’une solution faible pour le système correspondant. La formulation faible est composée de l’équilibre entre la quantité du mouvement et l’équation de l’énergie totale, qui inclut la pression du fluide, et implique une limite libre due au mouvement du corps rigide. Pour obtenir une pression intégrable, nous considérons une condition au limite de glissement de Navier pour la limite extérieure et l’interface mutuelle
This Ph.D. thesis aims to obtain and to develop some mathematical models to understand some aspects of the dynamics of heterogeneous granular fluids. More precisely, the expected result is to develop three models, one where the dynamics of the granular material is modeled using a mixture theory approach, and the other two, where we consider the granular fluid is modeled using a multiphase approach involving rigid structures and fluids. More precisely : • In the first model, we obtained a set of equations based on the mixture theory using homogenization tools and a thermodynamic procedure. These equations reflect two essential properties of granular fluids : the viscous nature of the interstitial fluid and a Coulomb-type of behavior of the granular component. With our equations, we study the problem of a dense granular heterogeneous flow, composed by a Newtonian fluid and a solid component in the setting of the Couette flow between two infinite cylinders. • In the second model, we consider the motion of a rigid body in a viscoplastic material. The 3D Bingham equations model this material, and the Newton laws govern the displacement of the rigid body. Our main result is the existence of a weak solution for the corresponding system. • In the third model, we consider the motion of a perfect heat conductor rigid body in a heat conducting Newtonian fluid. The 3D Fourier-Navier-Stokes equations model the fluid, and the Newton laws and the balance of internal energy model the rigid body. Our main result is the existence of a weak solution for the corresponding system. The weak formulation is composed by the balance of momentum and the balance of total energy equation which includes the pressure of the fluid, and it involves a free boundary (due to the motion of the rigid body). To obtain an integrable pressure, we consider a Navier slip boundary condition for the outer boundary and the mutual interface
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Taberlet, Nicolas. "Ecoulements gravitaires de matériaux granulaires". Rennes 1, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00010108.

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Abstract (sommario):
Cet exposé présente des résultats expérimentaux et numériques sur les écoulements denses de matériaux granulaires secs. Nous détaillons la méthode de dynamique moléculaire de sphère molles et les techniques de suivi des particules et de densimétrie-gamma. Les résultats issus d'un système bidimensionnel sont d’abord présentés. Les empilements à stabilité dynamique sont ensuite étudiés aussi bien expérimentalement que numériquement. Le rôle prépondérant du frottement aux parois latérales est mis en évidence. Nous nous intéressons également à la croissance d'un tel empilement. Les profils de vitesse, compacité, vitesse de rotation etc sont étudiés par simulations numériques. Les simulations confirment également l'influence majeure du frottement aux parois latérales sur les propriétés de l'écoulement. Enfin nous étudions un régime d'écoulement rapide dans lequel une zone dense s'écoule en bloc sur une couche basale cisaillée, diluée et agitée est présenté
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Guillard, François. "Trainée et portance dans les milieux granulaires". Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4782/document.

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Abstract (sommario):
Cette thèse présente une étude expérimentale et numérique des forces s'exerçant sur un objet en mouvement dans un milieu granulaire. La compréhension précise de ces forces présente en effet d'importants intérêts fondamentaux (rhéologie des milieux granulaires, phénomène de ségrégation) et appliqués (robotique, locomotion animale ...). Expérimentalement, un cylindre horizontal est mis en rotation à faible vitesse dans un bac de billes de verre. Les forces s'exerçant sur cet objet dans la direction du mouvement (forces de traînée) et dans la direction verticale (forces de portance) sont mesurées.Lors du premier demi-tour, avant que le cylindre ne repasse dans son propre sillage, nous mettons en évidence l'existence d'une force de portance élevée sur l'objet (bien qu'il soit symétrique), de l'ordre de 20 fois la poussée d'Archimède du milieu, et indépendante de la profondeur. Des études numériques de dynamique moléculaire (méthode éléments discrets) permettent de comprendre comment cette portance émerge de la modification de l'écoulement granulaire par la présence d'un gradient de pression dans le milieu. Aux temps longs, après plusieurs rotations du cylindre, on observe une chute de la force de traînée, qui devient indépendante de la profondeur. Le milieu se structure sous l'effet des passages répétés du cylindre dans son sillage, ce qui écrante le poids des grains situés au dessus. Enfin, une étude numérique des forces sur une grosse particule en écoulement avec le milieu granulaire est ébauchée, en lien avec le phénomène de ségrégation granulaire
This thesis presents an experimental and numerical study of the forces experienced by an object moving in granular media. This problem, which is of practical importance in many applications (robots, animal locomotion), is also of fundamental interest (rheology of granular materials, granular segregation). The experiment consists in a horizontal cylinder rotating around the vertical axis in glass beads. Both drag forces and lift forces experienced by the cylinder are measured.During the first half rotation, before the cylinder crosses its own wake, we measure a strong lift force (despite the symmetry of the object), about 20 times the buoyancy of the cylinder, and independent of its depth. Molecular dynamic simulations (Discrete Element Method) shed lights on how this lift force arises from the modification of the grain flow due to the pressure gradient in the medium. After several rotations, when the cylinder goes through its own wake, the drag force drops and becomes independent of depth. The rotation of the cylinder induces a structure in the granular packing, which screens the weight of the grains above it. Finally, a numerical study of forces on a large particle flowing with the granular medium is sketched, in relation with the phenomenon of granular segregation
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Bertho, Yann. "Dynamique d'écoulements gaz-particules en conduite verticale". Palaiseau, Ecole polytechnique, 2003. https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-00171722.

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Kneib, François. "Force moyenne et fluctuations subies par​ ​un obstacle indéformable soumis à​ ​l’écoulement confiné d’un milieu granulaire". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAI024/document.

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Abstract (sommario):
Les études existantes s'intéressant au dimensionnement des structures paravalanches s'appuient généralement sur des signaux de force lissés dans le temps. Cependant, le caractère hétérogène de la neige en écoulement est responsable de fortes fluctuations systématiquement observées. Cette thèse a pour objectif de caractériser les fluctuations de force exercées sur un obstacle surversé par un écoulement granulaire. Des modélisations numériques par la méthode des éléments discrets sont mises en œuvre pour simuler l'interaction entre la neige, représentée par un ensemble plan de particules sphériques, et un mur immobile et indéformable. Une particularité de ce travail réside dans l'étude d'une gamme très large de régimes d'écoulement, de quasistatique à collisionnel. Deux systèmes modèles sont développés dans le but de focaliser la zone d’étude en amont de l’obstacle, et de permettre le contrôle des variables macroscopiques de l’écoulement (vitesse de cisaillement, pression de confinement, tailles des systèmes). Le premier confine les grains entre quatre parois dont l’une impose un cisaillement à vitesse constante, alors que les signaux de force sont mesurés sur la paroi faisant face au cisaillement. Le second système confine les grains entre deux parois (dont une cisaillante) et une condition aux limites périodique dans la direction du cisaillement, alors que le mur est immergé dans les grains. Chaque système est étudié via une analyse moyenne puis les fluctuations sont caractérisées à partir des signaux de force instantanés.Le nombre inertiel macroscopique construit sur la vitesse de cisaillement et la pression de confinement imposées au système s'avère être une variable de contrôle à la fois de la dynamique moyenne et des fluctuations dans les deux systèmes. Une loi empirique a été établie pour chacun des systèmes pour prédire la transmission de force moyenne sur l'obstacle en fonction du nombre inertiel macroscopique, et la mesure de grandeurs locales a révélé que la loi rhéologique µ(I) des milieux granulaires en écoulement est respectée quasiment partout. Les autocorrélations des signaux de force sur le mur à l'échelle mésoscopique ont révélé l'existence d'un effet mémoire des systèmes aux faibles nombres inertiels, disparaissant avec la transition vers le régime dense inertiel. Les distributions de forces à trois échelles spatiales différentes sont également contrôlées par le nombre inertiel macroscopique : aux régimes lents les distributions sont resserrées et approchent une forme Gaussienne, aux régimes rapides les distributions sont exponentielles. Des lois de probabilité log-normales tronquées à trois paramètres ont été établies afin de prédire de façon empirique les distributions de force sur l'obstacle.Ce travail contribue à approfondir les connaissances sur la composante moyenne et les fluctuations de force subies par un obstacle soumis à un écoulement granulaire. Les résultats obtenus permettent d'envisager la modélisation de systèmes gravitaires s'approchant des conditions réelles d'écoulements, permettant ainsi la comparaison avec des expérimentations de laboratoire dans le but de mieux dimensionner les structures de génie-civil
The existing studies dealing with the design of civil-engineering structures against snow avalanches are generally based on force times series that are smoothed over time. However the strong heterogeneity of snow leads to systematic observations of a high level of force fluctuations. This PhD thesis aims at characterizing the force fluctuations exerted on an obstacle that is overflowed by a granular flow. Numerical simulations based on the discrete elements method are implemented to model the interaction between the snow, represented by an assembly of spherical particles, and a rigid motionless wall-like obstacle. A key feature of this work is the broad range of flow regimes investigated, from quasistatic to collisionnal. Two model systems are studied in order to focus on a zone restricted to the upstream of the obstacle, and to allow a full control of the macroscopic flow variables (shearing velocity, confinement pressure, system sizes). The first one confines the grains between four walls from which the top one imposes a constant shearing velocity while the force signals are measured on the wall facing the corresponding displacement. The second system confines the grains between a static bottom wall, a shearing top wall, and a periodic boundary condition in the shear direction, while the wall-like obstacle is fully immersed in the grains. Each system is studied through a time-averaged analysis then the fluctuations are characterized from the instantaneous force time series.The macroscopic inertial number built from the shear velocity and the confinement pressure imposed to the system turns out to be the main control variable of both the mean dynamics and the fluctuations in the systems. An empirical law has been established to predict the mean force transmission on the obstacle as a function of the macroscopic inertial number for each of the two systems, and the measurement of local strain and stress tensors revealed that the granular flow µ(I)-rheological law is respected nearly everywhere in the samples. The autocorrelations of force signals on the obstacle at the mesoscopic scale revealed the presence of a memory effect of both systems at low inertial numbers which vanishes with the transition from the quasistatic to the dense inertial flow regimes. The force distributions at three different spatial scales are also controlled by the macroscopic inertial number: for slow regimes the distributions are tightened and resemble Gaussian shapes, for fast regimes the distributions are rather exponential. Truncated log-normal probability density functions (with three parameters) have been established in order to predict empirically the force distributions on the obstacle.This work contributes to advance the knowledge on both the time-averaged and the fluctuating components of the force exerted on a wall subjected to a granular flow. The results enable to look forward with the modeling of gravity-driven systems approaching real flow conditions, thus allowing a comparison with laboratory experiments and full-scale measurements, with the aim of better designing of civil engineering structures impacted by avalanches
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Fortin, Jerome. "SIMULATION NUMERIQUE DE LA DYNAMIQUE DES SYSTEMESMULTICORPS APPLIQUEE AUX MILIEUX GRANULAIRES". Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011222.

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Abstract (sommario):
Notre travail s'inscrit dans le cadre de l'étude du comportement
des milieux granulaires. Dans un premier temps, nous présentons
une méthode numérique par Eléments Discrets de type Dynamique des
Contacts, qui modélise en 2D le mouvement d'un ensemble de corps
rigides, entrant en collision entre eux et avec des parois, et
sujets à des forces de frottement lors de ces chocs. L'utilisation
du bipotentiel de contact conduit à un algorithme local basé sur
un schéma prédicteur-correcteur par projection sur le cône de
frottement et à un critère de convergence fondé sur un indicateur
d'erreur relative en loi de comportement. La prise en compte
exacte des conditions de Signorini et de Coulomb nous oblige à
considérer les phénomènes de chocs multiples. Dans ce cadre, nous
utilisons le formalisme de la mécanique non-régulière. Nous
aboutissons à un algorithme comportant, à chaque itération, une
phase de résolution de l'équation de la dynamique, fournissant une
nouvelle approximation de la vitesse, et une phase d'utilisation
de l'algorithme local, fournissant une nouvelle valeur de
l'impulsion. Les simulations numériques tant quasi-statiques que
dynamiques mettent en évidence la convergence et la robustesse de
l'algorithme.
Dans un second temps, pour permettre le passage de l'échelle
microscopique à l'échelle macroscopique, nous établissons une
expression du tenseur des contraintes moyen, qui prend en compte
les efforts volumiques. Nous montrons sur un exemple analytique
simple d'un grain rigide cylindrique roulant sur un plan incliné,
que les effets dynamiques sont essentiels pour symétriser le
tenseur des contraintes moyen.
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Merceron, Aymeric. "Milieux granulaires réactifs : dynamique et structure autour de grains en transformation". Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066473/document.

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Abstract (sommario):
Les transformations physiques et chimiques qui apparaissent au sein de milieux granulaires réactifs induisent des réorganisations dynamiques et structurelles importantes. Largement utilisés pour des applications industrielles, le comportement de ces matériaux en évolution doit être compris. Dans ce travail, nous étudions expérimentalement les réarrangements d'un empilement granulaire modèle soumis à des transformations localisées d'un ou plusieurs grains. Les dispositifs expérimentaux mis au point permettent un suivi bidimensionnel de la structure environnante alors qu'un ou plusieurs grains réduisent de tailles et/ou sont tirés hors de l'empilement. La réponse moyenne du matériau aux temps longs s'apparentent aux écoulements quasi-statiques couramment observés dans les silos. Le comportement instantané de l'empilement est quant à lui très hétérogène dans l'espace et dans le temps. Il présente une dynamique intermittente avec des évènements décorrélés en temps et des ampleurs distribuées en loi de puissance. Les tailles des grains en évolution jouent un rôle important sur la réponse dynamique de l'empilement granulaire notamment en lien avec l'apparition de phénomènes de structuration pour les plus petits intrus. Par ailleurs, la présence d'un second grain en évolution à proximité d'un premier génère des effets coopératifs. Une distance caractéristique de séparation pour l'émergence de ces phénomènes est mise en évidence, elle ne dépend que de l'empilement et non de la taille des grains en évolution. Enfin, les évolutions instantanées des fractions volumiques locales montrent des distributions similaires suggérant un unique mécanisme de réarrangements structuraux
Physical and chemical transformations appearing in reactive granular media yield strong dynamical and structural reorganizations. Widely used for industrial applications, the behavior of these evolving materials needs to be understood. In this work, we experimentally study the rearrangements of a model granular packing undergoing localized transformations of one or several grains. The experimental setups allow a two-dimensional tracking of the surrounding structure while one or several grains are either reducing in size or being pulled out of the packing. The average long-term response of the material is similar to quasi-static flows commonly observed in silos. The instantaneous behavior of the packing is heterogeneous in space and time. It shows an intermittent dynamic with events decorrelated in time whose amplitudes are power-law distributed. The sizes of the evolving grains play an important role on the dynamical response of the granular packing by the appearance of arches for the smallest intruders. Moreover, the presence of a second evolving grain generates cooperative effects. A characteristic distance between the two intruders is found, it does depend on the packing properties and not on the size of the evolving grains. Finally, instantaneous evolutions of local densities show similar distributions suggesting a unique mechanism in terms of structural reorganizations
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Bonnoit, Claire. "Ecoulement de suspensions granulaires modèles". Paris 6, 2009. https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-00463534.

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Madec, Laurent. "Conception, mise en oeuvre et modélisation d'un procédé d'agglomération de particules submicroniques en vue de les rendre filtrables et redispersables". Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2000. http://www.theses.fr/2000INPL064N.

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Abstract (sommario):
La production des solides divisés s'oriente désormais vers des applications de plus en plus spécifiques, avec des tailles de particules souvent inférieures au micron. La filtration et le lavage de ces produits soulèvent de nombreux problèmes, qui peuvent être résolus en provoquant une agglomération contrôlée. Cependant, en dépit d'applications dans de nombreux secteurs de l'industrie, les procédés d'agglomération restent encore très peu maîtrisés et nécessitent une meilleure connaissance des mécanismes élémentaires. Les résultats présentés dans ce manuscrit sont relatifs au procédé d'agglomération en suspension de particules submicroniques d'un pigment organique d'intérêt industriel- la diméthyl quinacridone -, de telle façon que les agglomérats formés soient suffisamment résistants pour être facilement filtrables, puis redispersables dans leur milieu d'application. Une étude expérimentale a d'abord permis, de mieux comprendre le déroulement du procédé, puis d'en optimiser les conditions opératoires physico-chimiques et hydrodynamiques. Cette étude s'est concrétisée par le développement d'une méthode originale de mise au contact des réactifs, ayant fait l'objet d'un dépôt de brevet. L'analyse des différents résultats expérimentaux a ensuite conduit à l'élaboration de modèles phénoménologiques pour les différentes phases du procédé. La mesure des propriétés intermédiaires des agglomérats étant très difficile la simulation numérique a constitué un outil intéressant pour la compréhension du procédé et la validation des modèles. La résolution du bilan de population a été réalisée par une technique particulaire dite de Monte-Carlo, autorisant une description plus fine des agglomérats : la simulation prend aussi bien en compte la taille que la composition des agglomérats, voire leur structure interne. Un couplage avec un logiciel de mécanique des fluides numérique, permettant d'évaluer l'influence des conditions hydrodynamiques, a fourni des premiers résultats encourageants.
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Fortin, Jérôme. "Simulation numérique de la dynamique des systèmes multicorps appliquée aux milieux granulaires". Lille 1, 2000. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2000/50376-2000-41.pdf.

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Abstract (sommario):
Notre travail s'inscrit dans le cadre de l'etude du comportement des milieux granulaires. Dans un premier temps, nous presentons une methode numerique par elements discrets de type dynamique des contacts, qui modelise en 2d le mouvement d'un ensemble de corps rigides, entrant en collision entre eux et avec des parois, et sujets a des forces de frottement lors de ces chocs. L'utilisation du bipotentiel de contact conduit a un algorithme local base sur un schema predicteur-correcteur par projection sur le cone de frottement et a un critere de convergence fonde sur un indicateur d'erreur relative en loi de comportement. La prise en compte exacte des conditions de signorini et de coulomb nous oblige a considerer les phenomenes de chocs multiples. Dans ce cadre, nous utilisons le formalisme de la mecanique non-reguliere. Nous aboutissons a un algorithme comportant, a chaque iteration, une phase de resolution de l'equation de la dynamique, fournissant une nouvelle approximation de la vitesse, et une phase d'utilisation de l'algorithme local, fournissant une nouvelle valeur de l'impulsion. Les simulations numeriques tant quasi-statiques que dynamiques mettent en evidence la convergence et la robustesse de l'algorithme. Dans un second temps, pour permettre le passage de l'echelle microscopique a l'echelle macroscopique, nous etablissons une expression du tenseur des contraintes moyen, qui prend en compte les efforts volumiques. Nous montrons sur un exemple analytique simple d'un grain rigide cylindrique roulant sur un plan incline, que les effets dynamiques sont essentiels pour symetriser le tenseur des contraintes moyen.
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Bouteloup, Joris. "Simulation numérique de la dynamique d'un lit granulaire cisaillé par un fluide visqueux". Phd thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://oatao.univ-toulouse.fr/17966/1/Bouteloup_Joris_INPT.pdf.

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Abstract (sommario):
Ce travail de thèse concerne l'étude numérique du transport par charriage d'un lit de grain dans un écoulement de Couette laminaire. La méthode numérique employée est un modèle de type Euler-Lagrange, où la taille de la cellule de calcul eulérienne est supérieure mais du même ordre de grandeur que le diamètre moyen des grains. Elle repose pour la phase fluide Eulérienne sur les équations de Navier-Stokes moyennées par un terme de porosité et pour la phase solide Lagrangienne sur les équations de Newton résolues pour chaque particule via une méthode aux éléments discrets. Un terme d'interaction fluide-particule permet de coupler les deux phases. Dans un premier temps, des simulations en petit domaine sont effectuées afin d'étudier l'influence du nombre de Shields , du nombre de Reynolds particulaire Rep et du rapport de densité p/f sur le transport granulaire. Nous montrons, en particulier, que ce modèle numérique permet de retrouver le seuil de mise en mouvement du lit granulaire et les lois de débit granulaire fonction de comme obtenus dans la littérature. De plus, il est mis en évidence que ce débit granulaire q ne dépend que plus faiblement de Rep et p/f. Dans un second temps, des simulations sur de longs domaines permettent d'observer l'influence de ces mêmes paramètres sur le développement d'instabilités. Plus particulièrement, le développement de l'instabilité de lit sur les temps courts et sur les temps longs sont discutés.
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Pailha, Mickaël. "Dynamique des avalanches granulaires immergées : rôle de la fraction volumique initiale". Aix-Marseille 1, 2009. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00433171.

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Abstract (sommario):
Le cadre général de cette thèse est d'obtenir une meilleure compréhension des écoulements géophysiques comme les glissements de terrains. Dans tous ces évènements, on sait que le couplage entre milieu granulaire et uide interstitiel joue un rôle important. Lors du démarrage, la présence d'eau inue sur la déformation des sols ; ainsi, des sols initialement diérents se comportent diéremment. Cette thèse présente une expérience et un modèle mettant en évidence les phénomènes physiques lors du déclenchement des avalanches immergées. Notamment, la dynamique de l'avalanche dépend fortement de la fraction volumique de l'empilement initial, le déclenchement étant fortement retardé lors d'une légère compaction initiale
Initiation of underwater granular avalanches : inuence of the inital volume fraction. The aim of this thesis is to obtain a better understanding of geophysical ows like landslides. In those events, the coupling between the granular material and the uid play an important role during the initiation. This thesis studies physical phenomenon during the initiation of underwater granular avalanches with an experiment and a model. The ow is shown to strongly depends on the initial volume fraction, its initiation being dramtically delayed by a slight
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Békri, Samir. "Dissolution et déposition dans les milieux poreux fracturés". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1995. http://www.theses.fr/1995ECAP0455.

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Abstract (sommario):
Cette thèse a pour but d'étudier, à l'échelle microscopique, l'influence des phénomènes de dissolution et de déposition sur l'evolution locale de la géométrie et des milieux poreux fracturés. Ces processus sont abordés dans la limite où le changements de géométrie dues à la dissolution/déposition sont lents devant la vitesse moyenne du fluide. Deux codes de calcul utilisant deux shémas numériques de principes totalement différents, l'un basé sur la methode des marches aléatoires et l'autre sur un formalisme aux différences finies sonts développés; ils tiennent compte de la convection, de la diffusion, de la dissolution/ déposition aux parois et des variations de géométrie qui en découlent; ils sont opérationnels sur n'importe quel type de géomérie modelisée par un empliement de cubes élémentaires fluides ou solides. Les milieux poreux et fracturés que nous avons examiné sont supposés être constitués par la juxtaposition périodique de cellules unités identiques. Le contenu de cette cellule unité représente tout le caractère aléatoire du matériau. Deux paramètres clés caractérisent le régime du porcessus de dissolution et de déposition, le nombre de Péclet (Pe) qui compare les importances des modes de transport convectif et diffusif et le produit du nombre de Péclet et de Damkhöler (Pe. Da) qui compare les temps caractéristique de la réaction à la paroi et du transport diffusif. Trois régimes principaux sont distingués. Qaund le processus est limité par la réaction (Pe. DA<<1), la dissolution et la déposition se produisent uniformément le long de l'interface solide liquide. Dans le cas inverse (Pe. Da>>1) où le processus est limité par le transport, la dissolution et la déposition dépendent fortement du mode de transport dominant. Si le transport diffusif est prédominant (Pe<1), la dissolution et la déposition se produisent dans les zones où l'espace des pores est large. Si le transport convectif est prédominant (Pe>1), la dissolution et la déposition se produisent dans les régions où l'écoulement est intense. Dans ce dernier cas la dissolution comme la déposition sont dissymétriques et plus rapide en amont des obstacles. Dans le cadre de ce travail, seul le problème local a été considéré. On a déterminé les variations de la géométrie du milieu dues à la dissolution/déposition, et les variations des quantités macroscopiques utiles dans le cadre d'une étude décrivant ces phénomènes à la grande échelle. Finalement, on a examiné la dissolution à la grande échelle dans le cas d'un exemple particulier. Une approche de type couche limite est utilisée.
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Ezaoui, Alan. "Comportement expérimental statique et dynamique des sables et modélisation "élasto-visco-plastique" anisotrope en petites et moyennes déformations". Lyon, INSA, 2008. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2008ISAL0036/these.pdf.

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Abstract (sommario):
Une étude sur sable d’Hostun S28 sec et saturé a été menée en petites et moyennes déformations sur un appareil triaxial de précision développé à l’ENTPE. Ce prototype expérimental permet d’appliquer de nombreux types de chargements sur un échantillon cylindrique de sable, confiné sous une pression d’air contrôlée. Des chargements quasi-statiques peuvent être appliqués sur l’echantillon, contrôlés en force et en déplacement à partir des capteurs internes de la cellule. La mesure des déformations est assurée par un système de mesures locales, disposé sur la partie centrale de l’échantillon. Des capteurs sans-contact de grande précision permettent d’étudier le comportement du matériau dans le domaine des petites déformations (quelques 10-6 m/m) jusqu’au domaine des moyennes et grandes déformations (quelques 10-2 m/m). En outre, des sollicitations dynamiques par propagation d’ondes radiales et axiales, sont effectuées au sein du spécimen à partir d’un ensemble de capteurs piézoélectriques. La procédure expérimentale adoptée comporte des essais de compression et d’extension triaxiale en milieu sec et saturé au cours desquels, des périodes de fluages, des périodes de relaxations, des changements rapides de la vitesse de sollicitation, des sollicitations cycliques de très faibles amplitudes et dynamiques par propagation d’ondes, sont appliqués à différents états de contrainte. A partir de ces sollicitations cycliques statiques de très faibles amplitudes et des propagations d’ondes, le tenseur rhéologique quasi-élastique reliant les incréments de contrainte et de déformation, sous hypothèse d’isotropie transverse du milieu, a pu être complètement déterminé et ce pour différents états de contrainte-déformation au cours des chargements suivis. Les évolutions expérimentales de ce tenseur ont pu permettre d’illustrer divers propriétés relatives aux paramètres quasi-élastiques du matériau. Enfin, dans le domaine des moyennes déformations, quelques propriétés de plasticité (irréversibilité des déformations, phénomènes d’écrouissage isotrope et cinématique, sensibilité vis à vis de l’histoire du chargement) ont pu être mises en évidence au cours de grands chargements cycliques, et complètent certains aspects relevés dans la littérature. Une analyse des phénomènes visqueux est également menée à partir des périodes de fluages, de relaxation et des changements rapides de la vitesse de sollicitation. La modélisation proposée se fonde sur un formalisme analogique à trois composantes permettant de traduire l’interdépendance des comportements élastique, plastique et visqueux du matériau. La composante élastique est développée à partir du modèle hypoélastique DBGS. Une amélioration de ce modèle, modèle DBGSP, est proposée et permet de traduire l’anisotropie matérielle initiale et celle induite par l’état de contrainte-déformation. Les résultats obtenus sur sables d’Hostun et sur grave routière sont probants. La composante plastique repose sur le formalisme des matériaux standards non-généralisés. Une approche nouvelle est proposée pour l’écrouissage cinématique à partir d’une généralisation de la loi de Masing. Enfin, un modèle visqueux nommé Visqueux Evanescent (VE), permet de traduire les phénomènes visqueux particuliers observés dans le cas des sables. La modélisation proposée permet de simuler l’ensemble des phénomènes visqueux observés expérimentalement lors de premières charges: fluage, relaxation et sauts de contrainte suite à un changement rapide de la vitesse de déformation
A study on sand Hostun S28 dry and saturated was conducted in small and medium deformations on a triaxial apparatus developed precisely to ENTPE. This experimental prototype can apply many types of loads on a cylindrical sample of sand, confined in a controlled air pressure. Of quasi-static loads can be applied to the sample, controlled strength and movement from the internal sensors of the cell. The extent of deformation is ensured by a system of local, arranged on the central part of the sample. Sensors without contact with high accuracy are used to study the behaviour of the material in the field of small deformations (a few 10-6 m / m) to the field of medium and large strains (some 10-2 m / m). In addition, solicitations dynamic propagation of radial and axial waves are made in the specimen from a set of piezoelectric sensors. The experimental procedure consists of tests of compression and extension triaxial in dry and saturated during which, periods of creep, relaxation periods, the rapid change in speed of solicitation, solicitation cyclical low amplitudes and dynamic wave propagation, are applied to various states of duress
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Ezaoui, Alan Di Benedetto Hervé. "Comportement expérimental statique et dynamique des sables et modélisation "élasto-visco-plastique" anisotrope en petites et moyennes déformations". Villeurbanne : Doc'INSA, 2009. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?id=ezaoui.

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Marouazi, Ghita. "Étalement de dispersions granulaires sous vibrations". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2023. http://www.theses.fr/2023LORR0307.

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Abstract (sommario):
Ce travail porte sur l'étalement des milieux granulaires sous vibrations. La dynamique des milieux granulaires est complexe et diversifiée, suscitant un intérêt croissant dans la recherche en raison de leur présence fréquente dans la nature et l'industrie. Comprendre la manière dont ils se transportent, se stockent et se mélangent est essentiel pour les optimiser, ce qui exige une compréhension approfondie de leur comportement rhéologique. La première partie de ce travail porte sur l'étalement des milieux granulaires secs. Nous avons étudié, dans un premier temps, l'étalement libre d'un tas granulaire à masse fixe sur une surface solide rugueuse sous vibrations. Nous avons montré que la forme de l'empilement devient auto-similaire aux temps longs suggérant une solution parabolique. L'application des vibrations à un milieu granulaire peut réduire la viscosité en permettant un meilleur étalement des particules entre elles. Cette viscosité dépend alors des propriétés du système, et est contrôlée par la pression granulaire, la taille des particules, la force gravitationnelle et l'accélération des vibrations. Dans un second temps, nous avons étudié l'étalement d'un tas granulaire à masse variable sous vibrations. Nous avons montré qu'il existe certaines plages de fréquences de vibrations pouvant bloquer ou ralentir l'avalanche d'un tas granulaire, lorsque la fréquence d'excitation est en résonance avec les caractéristiques du système. L'angle de repos des tas granulaire granulaires est lié à leur frottement interne. Un angle de repos plus élevé indique un frottement interne plus important, ce qui rend les particules plus résistantes au glissement. La deuxième partie porte sur l'étalement des pâtes granulaires sous vibrations à travers une étude rhéologique qui consiste à soumettre différents échantillons à un cisaillement au sein d'une cellule de mesure, analogue à une configuration de cellule de Couette. Cette méthode nous a permis d'explorer les propriétés de la pâte granulaire sous différentes conditions. Cette partie s'ouvre sur une piste d'étalement d'une colonne granulaire sous vibrations
This work focuses on the spreading of granular materials under vibrations. The dynamics of granular materials is complex and diverse, sparking growing interest in research due to their frequent occurrence in nature and industry. Understanding how they are transported, stored, and mixed is essential for optimization, requiring a deep understanding of their rheological behavior. The first part of this work deals with the spreading of dry granular materials. Initially, we studied the free spreading of a fixed-mass granular pile on a rough solid surface under vibrations. We demonstrated that the shape of the pile becomes self-similar at long times, suggesting a parabolic solution. Then, we investigated the spreading of a variable-mass granular pile under vibrations. We showed that there are certain frequency ranges of vibrations that can block or slow down the avalanche of a granular pile when the excitation frequency is in resonance with system characteristics. A higher angle of repose indicates higher internal friction, making particles more resistant to slipping. The application of vibrations to a granular medium can reduce viscosity by allowing better particle spreading. This viscosity then depends on system properties and is controlled by granular pressure, particle size, gravitational force, and vibration acceleration. The second part focuses on the spreading of granular pastes under vibrations through a rheological study that involves subjecting different samples to shear within a measurement cell, similar to a Couette cell configuration. This method allowed us to explore the properties of granular paste under various conditions. This section opens up to the possibility of studying the spreading of a granular column under vibrations
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Meruane, Carolina. "Equations continues pour l'étude de la dynamique des écoulements granulaires denses hétèrogènes". Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00719232.

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Abstract (sommario):
La plupart des écoulements granulaires denses dans la nature, tels que les avalanches de débris, les écoulements pyroclastiques et les avalanches sous-marines, sont constitués d'un large éventail de différents composants solides immergés dans un environnement fluide. Afin d'obtenir une bonne représentation de la dynamique de ces écoulements, il est nécessaire d'examiner les mécanismes d'interaction entre les différents composants du mélange. Dans ce travail, nous avons développé un cadre théorique basé sur la théorie de mélange afin de représenter la dynamique d'un écoulement dense de matériau granulaire hétérogène composé d'un certain nombre d'espèces solides avec des propriétés différentes, et immergé dans un environnement fluide Newtonien. Le système d'équations obtenu a été validé en comparant les résultats numériques avec des mesures expérimentales obtenues pour des écoulements gravitaires de matériaux granulaires, générés par l'effondrement d'une colonne de grains en deux dimensions, en utilisant de l'air ou de l'eau comme milieu fluide. Cette théorie a ensuite été utilisée pour étudier les effets du fluide ambiant sur la dynamique des écoulements de matériaux granulaires homogènes, ainsi que les effets de la ségrégation sur la dynamique des écoulements granulaires de mélanges binaires constitués de petites et grandes particules sphériques d'égale densité. Nos résultats suggèrent que les équations reproduisent les caractéristiques essentielles de la dynamique des écoulements granulaires denses hétérogènes. En particulier, nous démontrons que la ségrégation des matériaux granulaires augmente la vitesse du front en raison de la dilatation de l'écoulement. Cette augmentation de la vitesse d'écoulement est amortie par l'environnement fluide, et ce comportement est plus marqué dans l'eau que dans l'air. Nous concluons qu'un modèle réaliste pour des écoulements granulaires hétérogènes doit considérer au moins trois éléments: des grains de petite et de grande taille et un environnement fluide.
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Yacoub, Boulaïd. "Étude du frottement et de la dilatance des matériaux granulaires : Expérimentation et modélisation". Artois, 2008. http://www.theses.fr/2008ARTO0210.

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Abstract (sommario):
Cette étude expérimentale et théorique est consacrée à l’écoulement gravitaire des matériaux granulaires dans les silos et au comportement de l’interface matériau-paroi. Avant de définir les différentes zones d’ écoulement , nous avons déterminé les paramètres vitaux pour un écoulement optimal. Vu l’insuffisance d’une analyse basée simplement sur la caractérisation des phénomènes physiques locaux ou globaux, une caractérisation de l’interface s’impose. Cette caractérisation est étudiée par des essais de cisaillement à la boîte de Casagrande modifiée où nous avons obtenu des courbes de contraintes déformation présentant des pics représentatifs de dilatance et du phénomène stick-slip, où nous avons proposé un modèle simple pour expliquer ces comportements.
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Duttine, Antoine. "Comportement des sables et des mélanges sable / argile sous sollicitations statiques et dynamiques avec et sans "rotations d'axes"". Lyon, INSA, 2005. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2005ISAL0036/these.pdf.

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Abstract (sommario):
Le comportement des sables et des mélanges sable/argile est étudié à partir du prototype " T4C StaDy " développé au DGCB/ENTPE, qui est un appareil innovant de Torsion Compression Confinement sur Cylindre Creux permettant d'appliquer des sollicitations statiques et dynamiques. Les sollicitations statiques indépendantes de compression/extension, de torsion et de confinement autorisent l'accès à un chemin de contrainte tri-dimensionnel et permet l'analyse de l'anisotropie induite par l'état de contrainte et la rotation des axes principaux. Les sollicitations dynamiques sont générées par un dispositif de propagation d'ondes ultrasonores comprenant des capteurs piézo-électriques. Le système innovant de mesure locale des déplacements permet l'analyse du comportement pour des déformations de quelques 10-6m/m jusqu'à la rupture (quelques 10-2m/m). La procédure expérimentale comporte des essais de compression " triaxiale " et des essais de torsion pure à partir d'un état anisotrope de contrainte, au cours desquels des périodes de fluages, des sollicitations cycliques de faible amplitude et des sollicitations dynamiques sont appliquées à différents états de contrainte. Huit termes du tenseur rhéologique reliant incrément de contrainte et incrément de déformation sont accessibles au travers des sollicitations cycliques de faible amplitude. Des propriétés diverses de ce tenseur sont établies à partir des résultats expérimentaux. Certains termes de ce tenseur sont disponibles à partir des sollicitations dynamiques et d'une analyse inverse. Des hypothèses de comportement élastique isotrope et élastique isotrope transverse (orthotrope de révolution) sont considérées. Une bonne concordance entre ces deux méthodes (statiques et dynamiques) est observée d'autant plus si l'hypothèse anisotrope est considérée. Les déformations de fluage mesurées caractérisent le comportement visqueux de ces matériaux. La modélisation proposée se fonde sur un formalisme tri-composante. Le comportement en petites déformations (non visqueux) et le comportement visqueux sont traités respectivement par la première et la troisième composante. Les simulations retranscrivent fidèlement les résultats expérimentaux statiques, dynamiques et de fluage. L'application de la première composante à des essais dynamiques in situ (de type cross-hole) est traitée sur un site de construction d'une centrale nucléaire. Les approches isotrope et anisotrope proposées permettent de déterminer les paramètres de comportement des sols en place (saturés) et de leur squelette granulaire, illustrant l'importance de considérer le caractère anisotrope du comportement des sols
The behaviour of sands and mixtures of sand/clay are investigated by the means of the prototype “T4C StaDy” developped at DGCB/ENTPE, which is an innovative torsion/compression device. Independent static and dynamic loadings can be applied to a hollow cylinder specimen and the effects of induced anisotropy, sudden or continous rotation of stress principle axes, investigated under three-dimensional stress paths. Dynamic loadings are carried out thanks to piezo-electric transducers. The measurable strain range covers very small strains (several 10-6m/m) to large strains (several 10-2m/m) with an innovative local measurement system. A comprehensive series of triaxial compression tests and torsional shear tests (from an anisotropic initial stress state) were performed including creep, small cyclic and dynamics loadings. Eight terms of the compliance tensor linking strain and stress increments can be determined under small cyclic loadings. Several properties of this tensor are reported. Inverse analysis of dynamic measurements gives also several terms of the compliance tensor. Isotropic elasticity and transverse isotropic elasticity are considered. Static and dynamic measurements show a good agreement all the more since transverse isotropic elasticity is assumed in dynamic analysis. The viscous behavior of the materials can be characterized thanks to creep strains. The proposed modelling is based on a three-component model. Small strain (non viscous) behaviour and viscous behaviour are respectively simulated by the first and the third component. Experimental static, dynamic and creep results are well predicted by the model. The first component is incorporated into field wave propagation equations (cross-hole tests on a nuclear plant site) and allow to determine overall soils and soils skeletons elastic properties under isotropic and anisotropic assumptions. Results enlighten the importance of considering anisotropic soils behaviour

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