Teses / dissertações: "Mécanique granulaire"

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Sassine, Nahia. "Etude du comportement thermo-mécanique d'un milieu granulaire et interactions milieu-réservoir". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAI082/document.

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Resumo:

Les systèmes de stockage d'énergie thermique sont des éléments centraux de divers types de centrales de production d'énergie fonctionnant à l'aide de sources d'énergie renouvelables. Ces systèmes de stockage thermique de type solide/fluide peuvent être considérés comme une solution rentable dans les centrales solaires à concentration. Un tel dispositif est constitué d'un réservoir rempli d'un lit granulaire à travers lequel circule un fluide caloporteur. Cependant, dans de tels dispositifs, le réservoir pourrait être soumis à une accumulation de contraintes thermiques au cours des cycles de chargement et de déchargement en raison de la dilatation thermique différentielle entre le milieu granulaire et la paroi du réservoir. Cette thèse a été consacrée à l'étude du comportement thermomécanique du lit granulaire à l'intérieur d'un réservoir de stockage thermique de type régénérateur solide/fluide. Pour atteindre cet objectif, deux approches ont été suivies : les approches numériques et expérimentales. Un modèle numérique basé sur la méthode des éléments discrets a été développé pour décrire le comportement du réservoir sous cyclage thermique. L'évolution des contraintes appliquées aux parois de la cuve au cours des cycles thermiques, est étudiée en tenant compte à la fois des charges thermiques et mécaniques, ainsi que de la cinématique du milieu granulaire à l'échelle des particules (c'est-à-dire des éléments discrets) et de la déformation thermo-mécanqiue du réservoir. Des simulations ont été effectuées pour différentes configurations thermiques (chauffage/refroidissement homogène du réservoir sur sa hauteur ou gradient vertical de température) et différents cas de condition limite (paroi rigide, paroi du réservoir avec un coefficient de dilatation thermique supérieur au lit de roche ou inversement). Le comportement du réservoir dépend des conditions thermiques et conditions aux limites imposées. De plus, un prototype de thermocline a été conçu et construit au sein du laboratoire au CEA, visant à étudier l'accumulation de contraintes sur les cycles thermiques. Le dispositif expérimental, appelé ESPERA, est équipé de dispositifs de mesure de force installés à différentes hauteurs sur la paroi du réservoir. Les dispositifs de mesure de force ont été développés et calibrés au CEA. Leur sensibilité a également été testée en développant un autre banc expérimental, P'tit- Pousse. Des essais expérimentaux ont été réalisés permettant de prouver l'accumulation des contraintes au cours des cycles. Finalement, une comparaison entre les résultats numériques et les premiers résultats expérimentaux obtenus en fin de thèse est proposée
Thermal Energy Storage (TES) systems are central elements of various types of power plants operated using renewable energy sources. Packed bed TES can be considered as a cost effective solution in concentrated solar power plants (CSP). Such a device is made of a tank filled with a granular bed through which a heat-transfer fluid circulates. However, in such devices, the tank might be subjected to an accumulation of thermal stresses during cycles of loading and unloading due to the differential thermal expansion between the filler and the tank wall. This research was devoted to investigate the thermo-mechanical behavior of the granular bed inside a packed bed TES tank. To achieve this objective, two approaches were undertaken in this work, i.e. numerical and experimental. A numerical model was defined to describe the tank's behavior under thermal cycling based on the discrete element method (DEM). The evolution of tank wall stresses over thermal cycles, taking into account both thermal and mechanical loads, as well as the kinematics of the granular material at the particles scale (i.e. discrete elements), are studied here. The deformability of the tank itself under thermo-mechanical loads is also included in the numerical model. Simulations were performed for different thermal configurations (i.e. the tank is heated homogeneously along its height or with a moving vertical gradient of temperature) and different boundary condition cases (i.e. rigid wall, tank wall with a higher thermal expansion coeficient than the bed or inversely). The behavior of the tank is dependent on the imposed thermal and boundary conditions. In addition to this, a thermocline prototype was designed and constructed at the CEA laboratory, aiming at studying the stress accumulation over the thermal cycles. The experimental setup, called ESPERA, is equipped with force measurement devices, installed at different height positions on the wall. The force measurement devices were developed and calibrated at the CEA. Their sensitivity was also tested using a different developed setup, P'tit-Pousse. Experimental tests were carried out proving the stress accumulation over the cycles. Eventually, a comparison between the numerical results and the lately-obtained preliminary experimental measurements is proposed

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Boivin, Théo. "Approche par mécanique granulaire de la respiration des électrodes de batterie". Electronic Thesis or Diss., Université Grenoble Alpes, 2024. http://www.theses.fr/2024GRALI033.

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Afin d'optimiser la capacité des batteries lithium-ion, l'incorporation de silicium en tant que matériau actif de l'anode est une solution intéressante. Toutefois, la forte variation volumique de ce matériau lors de son alliage avec le lithium rend son intégration délicate. En effet, la variation volumique crée un effet de « respiration » de la cellule, au rythme des cycles de charge et de décharge. Cela induit alors des contraintes mécaniques potentiellement néfastes à la durée de vie et à la sécurité de la batterie. Les modélisations actuelles de ce phénomène manquent encore à le décrire correctement, en particulier l’expansion irréversible à chaque cycle. Ces approches sont majoritairement placées sous le prisme du matériau continu. Or, il est de fait que le matériau d'une électrode est granulaire, et que la microstructure peut évoluer par un réagencement des particules. Par ailleurs, les quelques approches ayant considéré cette structure discrète ne présentent pas d'analyse précise des propriétés de contact entre les particules.L'objectif de cette thèse est alors d'intégrer la structure granulaire dans un modèle d'électrode et d'évaluer l’impact des différentes propriétés granulaires sur la respiration.La construction du modèle de respiration est basée sur l’emploi de la DEM (Discrete Element Method), un outil de calcul d’interaction dynamique entre particules. Construit avec le code open-source LIGGGHTS, l’échantillon numérique est composé d’un lit de particules représentatif d’une anode de 50 µm d’épaisseur. Les particules ont pour propriétés celles du silicium/carbone et du graphite, et la loi de contact employée est la loi de Hertz-Mindlin. Tout d’abord, le modèle prédit une amplitude de gonflement quasiment linéaire avec la proportion de silicium dans l’anode. Ensuite, la pression appliquée sur l’électrode ainsi que la rigidité des particules sont étroitement liées par la notion de « niveau de raideur » du lit de particules : augmenter la pression revient à diminuer la rigidité des particules, et réciproquement. À faible niveau de raideur, l'amplitude de respiration diminue notablement, et à haut niveau de raideur, l'amplitude de respiration est indépendante de ce dernier. D’autre part, l’adhésion et les liens cassants entre les particules sont implémentés respectivement via les lois de Johnson-Kendall-Roberts et de Potyondy-Cundall. L’adhésion et/ou les liens cassants se révèlent propices à l’apparition d’une irréversibilité de premier cycle : l’irréversibilité est susceptible d’atteindre jusqu’à 70% de l’amplitude de respiration uniquement dû au réarrangement des particules. Cette observation confirme l’idée que le milieu granulaire est susceptible de contribuer à l’irréversibilité de premier cycle observée expérimentalement. Enfin, lorsque la friction entre les particules est très haute et la rotation de ces dernières bloquée, un phénomène de « pilier » apparaît : la pression appliquée sur l’électrode n’est portée que par quelques colonnes de particules.En parallèle, une étude expérimentale menée sur des échantillons macroscopiques a permis d’étudier l’effet d’une variation de pression durant le cyclage, de la température ainsi que de la pression des premiers cycles. La variation de pression durant le cyclage affecte l’épaisseur de l’anode, mais s’avère faiblement influente sur l’amplitude de respiration. Une température de cyclage élevée (61°C) induit une diminution de l’amplitude de respiration. Elle engendre aussi une perte progressive de capacité plus importante, mais cela n’explique pas toute l’influence sur l’amplitude de respiration, d’où un impact suspecté sur la microstructure. Enfin, la haute pression (3 MPa) durant les premiers cycles se révèle être un levier pour réduire durablement l’amplitude de respiration de l’anode
To optimise lithium-ion batteries capacity, the adding of silicon as active material of the anode is an interesting solution. However, the significant volumetric expansion of this material during its alloy with lithium makes its insertion delicate. Indeed, the volumetric expansion creates a “breathing” effect of the cell at the rhythm of charge and discharge cycles, which causes mechanical stress potentially detrimental to lifespan and safety. The current models of this phenomenon are still unable to describe it accurately, especially the irreversible expansion at each cycle. These approaches addressed the problem through the prism of continuous material. Yet, it is a fact that the material of an electrode is granular and that the microstructure can change because of particles reorganisation. In addition, the few approaches that considered this discrete structure do not present a comprehensive analysis of the contact properties between particles.The objective of this thesis is to integrate the granular structure in an electrode model and estimate the impact of the various granular properties on breathing.The construction of the breathing model is based on the use of DEM (Discrete Element Method), a computation tool of dynamical interaction between particles. Built with the open-source code LIGGGHTS, the numerical sample is composed of a particles bed representative of a 50 µm thick anode. Particles have the properties of silicon/carbon black and graphite, and the used contact law is the Hertz-Mindlin law. First, the model predicts a swelling amplitude almost linear with the proportion of silicon within the anode. Moreover, the pressure applied on the electrode and the particles rigidity are closely linked through the concept of particles bed “stiffness level”: increasing pressure is similar to decreasing particles rigidity, and vice versa. At low stiffness level, the breathing amplitude decreases significantly, and at high stiffness level, the breathing amplitude is independent of the latter. In addition, adhesion and breakable bonds between particles are respectively implemented by the laws of Johnson-Kendall-Roberts and Potyondy-Cundall. Adhesion and/or presence of breakable bonds between particles particularly favour the irreversibility at first cycle: the irreversibility is susceptible to reach until 70% of breathing amplitude only because of particles reorganisation. This observation confirms the idea that the granular media is susceptible to contribute to the first cycle irreversibility observed experimentally. Finally, when friction between particles is high and the rotation of the latter is blocked, a phenomenon of “pillars” appears: only few columns of particles support the pressure applied on the electrode.In parallel, an experimental study was carried out on macroscopic samples to investigate the effect of pressure variation during cycling, temperature and pressure during first cycles. The pressure variation during cycling affects anode thickness but shows to be weakly influential on breathing amplitude. A high cycling temperature (61°C) generates a diminution of breathing amplitude. It also creates a progressive capacity loss more important, but it does not explain all the influence on breathing amplitude, hence the impact on microstructure is suspected. At last, high pressure (3 MPa) during first cycles turns out to be a lever to reduce durably the breathing amplitude of the anode

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Zhang, Yuqi. "Comportement mécanique du matériau granulaire en tenant compte de la rupture des particules". Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0041/document.

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Le comportement mécanique de matériaux granulaires est intrinsèquement lié aux propriétés individuelles des grains constitutifs ainsi qu’à leur assemblage (texture, distribution des vides, contact entre grains…). Soumis à un chargement extérieur, cet assemblage se déforme incluant le déplacement relatif entre les particules mais également la déformation propre des grains jusqu’à leur rupture si elle se produit. Pour étudier la rupture d'une seule particule, des études expérimentales et numériques ont été réalisées. Quatre particules sphériques formées de billes d’argile expansée légère ont été testées en compression à déplacement contrôlé jusqu’à la rupture (essai brésilien). Des photos ont été prises avec une fréquence d’acquisition de 4 images par seconde pour suivre la déformation des grains durant l’essai. La structure interne d'une particule a une influence significative sur l'initiation de la fissure. Pour approfondir cet effet, une micro-tomographie par rayons X a été utilisé pour scanner une particule afin d'obtenir la structure géométrique réelle en 3D. Ensuite, un modèle numérique 3D basé sur la géométrie des particules incluant la porosité interne a été construit avec Abaqus pour les mêmes conditions de chargement. Une comparaison des résultats des tests de laboratoire et des simulations a été faite. Sur la base des résultats, l’initiation des fissures, leur localisation dans le grain et la classification des ruptures de particules ont été établies. Afin d’étudier le rôle de l’anisotropie et en particulier de la fabrique d’un matériau granulaire soumis à un chargement externe, cinq essais de compression biaxiaux ont été réalisé sur un assemblage de grains quasi-sphériques placés dans une chambre confinée. Des photos ont été prises pendant les tests et ont été enregistrées selon une fréquence définie. Un programme écrit sous Matlab a été utilisé pour traiter les photos, obtenir le champ de déplacement et analyser les résultats. Un intérêt particulier a concerné l’orientation des contacts, le tenseur de fabrique et son évolution durant le chargement. L'impact de certains facteurs clés tels que la densité de compactage, la pression de confinement, la taille des plateaux de chargement, la taille des particules et l’épaisseur des échantillons sur la déformation des échantillons ont été étudiés. Une attention particulière s’est portée sur les grains subissant une rupture. Nous avons déterminé le nombre de contact sur ces grains et les avons reproduits, dans le modèle numérique (grain 3D) soumis à un chargement diamétral, par le biais de contraintes cinématiques
The mechanical behaviour of granular materials is deeply related to both the individual particle properties and to the assembly of grains (fabric, void distribution …). Subjected to an external loading, the assembly deforms which is not only dependent on relative grain displacements but also on the grain deformation and to grain breakage when occurring. Experimental and numerical studies of single particles were performed. Four approximately spherical particles of light expanded clay were tested to investigate the breakage phenomenon under diametric displacement-controlled compression load. Photos were taken with a frame rate of 4 images per second during the testing. Since the interior of a heterogeneous particle has significant influence on the failure initiation, an X-Ray micro tomography system was used to scan particles. Moreover, the post-processing enables us to obtain the real 3D volumetric structure. Then a 3D numerical model including pore structure was built in Abaqus for the same loading conditions. A comparison of results from laboratory tests and simulations was made. Based on the results, the crack initiation process, its location and classification of particle failures were set. For purpose of understanding the anisotropy and in particular fabric of packing of granular material when disturbed under external loading, five biaxial compression tests were performed on an assembly of approximately spherical particles settled in a chamber under confining pressure. During the test, photos were taken by the camera and saved to a computer at periodic intervals. Software written with Matlab codes was used to process the photos, determine the displacement field and analyse the results. Focus on contact orientation, fabric tensor and its evolution during testing were put on. Impact of some key factors such as packing density, confining pressure, sizes of the covers, sizes of the particles and thickness of samples on the packing characteristic were analysed. In order to understand mechanical behaviour and kinematic of multiple particles under external load considering particle breakage, six biaxial compression tests were performed on an assembly of approximately spherical particles. Photos were taken to record the location of each particle during the tests. Software written with of Matlab codes was used to process the photos and trace the displacement of all particles in order to analyze kinematical behaviour of the particles. A particular attention was payed to given particles subjected grain breakage within the assembly. Their contacts and relative displacements were introduced in the numerical model of single grain breakage and conclusions were derived

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Lubert, Mylène. "Aptitude à l'écoulement d'un milieu granulaire : exploitation des instabilités de cisaillement et évaluation du vieillissement". Aix-Marseille 1, 2000. http://www.theses.fr/2000AIX11033.

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Reydellet, Guillaume. "Mesure expérimentale de la fonction réponse d'un matériau granulaire". Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066544.

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Chastaing, Jean-Yonnel. "Mécanique statistique de systèmes macroscopiques hors-équilibre". Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEN015/document.

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Au cours des vingt dernières années, le formalisme en mécanique statistique permettant de décrire des états loin de l’équilibre s’est beaucoup développé. Cependant, les réalisations expérimentales permettant de tester les résultats, et leur robustesse lorsque le système s’éloigne des hypothèses dans le cadre desquelles ils sont établis, sont peu nombreuses et récentes. Partant de ce constat, nous proposons de considérer des systèmes macroscopiques qui permettent un bon contrôle des paramètres expérimentaux. Nous rapportons principalement l’étude de deux systèmes dissipatifs maintenus dans un état stationnaire.D’une part, nous étudions la dynamique d’une bille seule rebondissant à la verticale d’une surface vibrée. Nous considérons tout particulièrement les propriétés des échanges d’énergie entre la particule (la bille) et le thermostat (la surface vibrée) : propriétés statistiques, écart à la situation d’équilibre, réversibilité. D’autre part, nous considérons les propriétés d’un gaz granulaire maintenu dans un état stationnaire sondées au moyen des fluctuations de la position angulaire d’une pale plongée dans le système. Nous avons vérifions ainsi que certaines prédictions théoriques destinées à la description de systèmes non dissipatifs restent encore valables dans ce système dissipatif : théorème de fluctuations, théorème de fluctuation-dissipation, etc.L’utilisation de deux dispositifs expérimentaux couplés, nous permet, de plus, de discuter des échanges d’énergie entre des systèmes maintenus dans des conditions expérimentales différentes, température ou densité, en particulier dans la limite des gaz très raréfiés
Over the last two decades, formalism in statistical mechanics describing states far from equilibrium has been significantly developed. However, there are few experimental achievements to test exact results and robustness when the system is far from the assumptions under which they are established. On this basis, we propose to consider macroscopic systems that allow good control of experimental parameters. We report here the study of two dissipative systems maintained in a steady state.On the one hand, we study the dynamics of a single bead bouncing vertically upon avibrated surface. We consider the properties of energy exchanges between the particle (bead) and the thermostat (the vibrated surface) : statistical properties, deviation from equilibrium, reversibility. On the other hand, we consider the properties of a granular gas maintained in a steady state, studying the fluctuations in the angular velocity of a blade immersed in the gas. We test some theoretical expectations for non dissipative systems and show that they are compatible with our measurements : fluctuation theorem, fluctuation-dissipation theorem. Using two coupled experimental devices, we discuss energy exchanges between systems maintained under different states, temperature or density, especially in the limit of very low density gases

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Prado, Gaël. "Propriétés de jets granulaires denses et mesure d'une tension de surface granulaire". Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14727/document.

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Les milieux granulaires présentent une grande diversité de comportements physiques que l'on peut relier aux différents états "conventionnels" de la matière : solide, liquide ou gaz. Les travaux décrits dans ce manuscrit se concentrent sur les écoulements granulaires denses présentant de nombreuses analogies avec les liquides moléculaires. Les expériences présentées dans ce manuscrit sont réalisées en utilisant des jets granulaires s'écoulant d'un réservoir, dans l'air et sous l'effet de la gravité. Quelques propriétés de tels jets sont étudiées, notamment l'évolution du diamètre au cours de la propagation. L'évolution de cette grandeur permet une description des jets granulaires comme des fluides incompressibles dans une certaine gamme de diamètres de sortie D et de diamètres des particules d, résumés en une grandeur réduite : le rapport d'aspect D/d. Lorsque ce dernier est inférieur à une grandeur critique proche de 15, les jets granulaires cessent de se comporter comme des liquides incompressibles et sont alors décrits comme des gaz en expansion.La transition entre les deux régimes d'écoulements est expliquée par un modèle faisant intervenir l'équilibre entre la température granulaire et sa dissipation par l'inélasticité des collisions entre les billes constituant le milieu granulaire. En utilisant les mesures de la température granulaire accessibles à la paroi dans le réservoir, ce modèle permet d'obtenir les profils de température et de fraction volumique du milieu en fonction du rapport d'aspect ainsi que leurs valeurs moyennes, présentant un bon accord avec les mesures de la fraction volumique en sortie du réservoir.Dans le régime "liquide" des jets granulaires mis en évidence ici, une tension de surface effective est mesurée par l'étude d'une instabilité similaire à celle de Rayleigh-Plateau. En soumettant le jet à une oscillation verticale apparaît une modulation du diamètre du jet dont il est possible d'étudier l'évolution au cours du temps. La mesure des taux de croissance des modes instables excités permet d'établir la relation de dispersion et d'obtenir une tension de surface effective dans les jets granulaires. Il est montré que cette tension de surface effective décroit lorsque la taille des particules augmente, décroit lorsque la pression de l'air ambiant diminue et augmente avec la distance de propagation.Le mécanisme proposé pour expliquer l'origine de cette tension de surface effective est l'interaction entre le jet granulaire et l'air ambiant. Les profils de vitesse de l'air entraîné par le jet sont mesurés pour différentes diamètres de particules, différentes pression ambiantes et différentes distances de propagation. L'entraînement de l'air et les profils de vitesses sont utilisés pour définir certaines forces s'exerçant sur les billes et construire une tension de surface effective : l'ordre de grandeur de cette tension de surface est incompatible avec les mesures réalisées précédemment. Une mesure de la pression de l'air à l'intérieur du jet granulaire permet d'obtenir une force exercée par la perméation de l'air à travers les pores du jet dont l'ordre de grandeur est correct
Granular media exhibit a broad range of behaviours that can be related to the common states of matter: solid, liquid and gaseous. The experiments described in this thesis focus on dense granular flows ad their analogies with molecular liquid flows.The work presented focuses on granular material flowing from a reservoir, in ambient air under the effect of gravity. Some properties of such jets are presented, among them the evolution of the diameter of the jet along propagation. This evolution allows one to describe granular jets as incompressible liquid jets for a certain range of parameters D (exit diameter) and d (beads diameter). When using a reduced variable D/d (the aspect ratio), a transition appears close to a critical value (approx. 15) below which the granular jet exhibit a gas-like behaviour.This transition is explained using a model supposing balance between the heat flux (from the granular temperature imposed at the wall of the reservoir) and its dissipation through inelastic collisions between the beads in the granular medium. This model allows one to compute the temperature and volume fraction profiles as well as their mean values which are in good agreement with the experimental measurements (volume fraction at the exit).In the "liquid" regime defined previously, an effective surface tension is measured by studying the unstable modes of a Rayleigh-Plateau like instability. This instability is obtained by imposing a vertical oscillation on the jet which induces a diametrical modulation whose evolution is measured. Measurements of the growth rates of these unstable modes leads to the dispersion relation $\omega (kr_{0})$ and to an effective granular surface tension. This surface tension shows a diminution when the beads' size increases, a diminution when the air pressure is reduced and a growth along propagation.The proposed mechanism explaining this effective surface tension is the interaction between the granular jet and the surrounding air. Air velocity profiles are measured for different beads diameters, different air pressures and different distances below the outlet. Using these velocity profiles, various forces exerted on the beads are calculated, leading to a surface tension whose order of magnitude is lower than the one measured through the Rayleigh-Plateau instability. The right order of magnitude can be obtained by considering the air permeation through the pores on the surface the jet and the force exerted along the surface of said pores

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Dagois, Simon. "Le chant des dunes : mouvements collectifs dans un écoulement granulaire". Paris 7, 2010. http://www.theses.fr/2010PA077081.

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Le chant des dunes est un phénomène naturel qui a longtemps éveillé la curiosité des hommes du désert, de Marco Polo à R. A. Bagnold. Les observations scientifiques du XXème siècle ont montré que le son est émis par la vibration cohérente de la surface libre d'un écoulement de ces grains chantants, et que ce son est soumis à un phénomène de seuil qui dépend de beaucoup de paramètres. Pour comprendre le mécanisme qui synchronise le mouvement des grains entre eux, nous avons effectué deux voyages au Maroc et à Oman pour observer les dunes chantantes sur le terrain, dont nous avons rapporté plusieurs échantillons de sable chantant. En étudiant leurs propriétés microscopiques, nous avons montré que ces sables sont recouverts d'un vernis qui augmente leurs propriétés d'adhésion et de frottement. Grâce à une expérience à cisaillement variable, nous avons caractérisé la dépendance du seuil avec l'humidité et les paramètres d'écoulement. Dans une expérience d'avalanches, nous avons réussi à reproduire le chant des dunes sur le terrain, et nos observations montrent qu'une partie de l'écoulement a une vitesse homogène, comme un bloc solide. De plus, cette expérience montre aussi que la synchronisation ne peut être due à une onde acoustique dans le milieu granulaire. Nous avons alors développé un modèle basé sur l'interaction entre les chaînes de forces dans l'écoulement de cisaillement et la partie où la vitesse est homogène. Ce modèle a un bon accord quantitatif avec les mesures, et il permet de rendre compte de toutes les observations qualitatives faites sur le chant des dunes
The song of dunes is a natural phenomenon that have arisen men's curiosity for a long time, from Marco Polo to R. A. Bagnold. Scientific observations in the XXth century have shown that the sound is emitted by a coherent vibration of the free surface of a flow in these special singing grains, and that this sound is linked to a threshold effect that depends on many parameters. In order to understand the synchronization mechanism that links the movements of the grains, we have made two missions in Morocco and in Oman to study on field these singing dunes, from which we brought back many samples. On the basis of a study of their microscopic properties, we showed that these grains are covered by a varnish that increases their friction and adhesion properties. In an experiment with varying shear rate, we characterized the threshold dependency on relative humidity as well as on flow parameters. In an avalanche experiment, we reproduced with high fidelity the song of dunes that can be heard on field and our observations showed that the flow has a part at the surface where the velocity is homogeneous like a solid movement. This experiment also showed that the synchronization is not due to an acoustic wave propagating inside the granular layer. We then developed a mode! based on the interaction between the force chains in the shear part of the flow and the plug part of the flow. This model have a good quantitative agreement with the experiments, and it also explains all the qualitative observations that have been made on this subject

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Salot, Christophe. "Modélisation du comportement mécanique d'un matériau granulaire composite par la méthode des éléments discrets". Phd thesis, Grenoble 1, 2007. http://www.theses.fr/2007GRE10243.

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Les matériaux granulaires composites sont fréquemment utilisés dans les ouvrages géotechniques. Ces matériaux, composés de constituants de natures et de tailles différentes, ont une rhéologie complexe difficile à appréhender expérimentalement. Un modèle numérique tridimensionnel basé sur la méthode des éléments discrets est développé et une démarche spécifique est proposée afin de simuler le comportement mécanique de ces matériaux sous sollicitation triaxiale. Le modèle repose sur l’utilisation d’éléments discrets de formes simples non convexes et sur une procédure de calibration des paramètres. Il a été validé par des essais expérimentaux réalisés pour diverses densités sur des matériaux granulaires homogènes. Le modèle est appliqué aux mélanges sable – gravier et sable – pastilles de pneu pour diverses proportions et comparé à des résultats expérimentaux. L’influence de la forme et de la taille relative des éléments est discutée
Composites granular materials are frequent components of geotechnical structures. They are composed of different size and nature of particles which generate a complex behaviour difficult to appreciate in experiments. A three-dimensional discrete element model and a specific procedure were developed to simulate the macroscopic behaviour of these materials under triaxial loading. The numerical model implements non convex elements and is based on a parameter calibration procedure. This approach is validated by comparison with experimental tests on homogeneous granular materials for a variety of relative densities. Simulations are applied with sand – gravel and sand – tyre chips mixtures for different mixing ratios and results are compared with experimental ones. The influence of shape and relative size of elements is discussed

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Salot, Christophe. "Modélisation du comportement mécanique d'un matériau granulaire composite par la méthode des éléments discrets". Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00203393.

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Les matériaux granulaires composites sont fréquemment utilisés dans les ouvrages géotechniques. Ces matériaux, composés de constituants de natures et de tailles différentes, ont une rhéologie complexe difficile à appréhender expérimentalement. Un modèle numérique tridimensionnel basé sur la méthode des éléments discrets est développé et une démarche spécifique est proposée afin de simuler le comportement mécanique de ces matériaux sous sollicitation triaxiale.
Le modèle repose sur l'utilisation d'éléments discrets de formes simples non convexes et sur une procédure de calibration des paramètres. Il a été validé par des essais expérimentaux réalisés pour diverses densités sur des matériaux granulaires homogènes. Le modèle est appliqué aux mélanges sable – gravier et sable – pastilles de pneu pour diverses proportions et comparé à des résultats expérimentaux. L'influence de la forme et de la taille relative des éléments est discutée.

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Robbe-Saule, Manon. "Modélisation expérimentale de génération de tsunami par effondrement granulaire". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS497/document.

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Des événements géologiques passés ont montré que les glissements de terrain, près des côtes, impliquant des volumes de quelques milliers de mètre cube à plusieurs centaines de kilomètres cube, peuvent provoquer des vagues de tsunami d’une amplitude considérable. La vague générée et l’effondrement représentent tous deux un danger important pour la population et les infrastructures situées sur ou proche des côtes. Une modélisation réaliste nécessite de tenir compte de la nature granulaire du glissement de terrain. Nous avons développé dans ce travail de thèse, une série d’expériences de laboratoire à petite échelle, pour étudier en détail le processus de génération de vague par l’effondrement d’une colonne granulaire, initialement sèche, dans l’eau. Tout un ensemble de paramètres est testé : (1) la masse granulaire impliquée (hauteur, volume, rapport d’aspect, granulométrie et densité), (2) la hauteur d’eau et (3) la configuration géométrique (plan horizontal ou plan incliné). Des expériences quasi-bidimensionnelle en canal rectangulaire, permettent d’enregistrer à la fois l’évolution temporelle de l’effondrement granulaire et celle de la surface libre de l’eau. Nous montrons que le processus de génération des vagues est piloté par la dynamique collective de l’effondrement des grains à la surface de l’eau. Nous identifions une dépendance linéaire claire entre l’amplitude relative de la vague principale et un nombre de Froude défini comme le rapport des vitesses d’avancée du front granulaire et de la vague solitaire. En particulier, l’amplitude de la vague atteint sa valeur maximale pour une profondeur d’eau intermédiaire. Le transfert d’énergie global a montré que seulement quelques pourcents de l’énergie potentielle initiale de la colonne sont transférés à la vague, issus notamment d’une perte d’énergie considérable dans l’effondrement granulaire lui-même. Enfin, nous soulignons la faible influence du diamètre et de la masse volumique des grains dans la génération de la vague. Cela suggère que la masse de l’effondrement est de faible importance par rapport à son volume. Un autre résultat intéressant est la dépendance linéaire de l’amplitude relative de la vague avec le volume immergé du dépôt final. Cette loi nous permet d’estimer l’amplitude de la vague pour des événements passés et potentiels. Malgré les échelles, géométries diverses et variées de ces événements, et l’incertitude des données, cette loi empirique provenant de notre expérience à petite échelle prédit des vagues similaires à d’autres modèles numériques ou expérimentaux
Various past geological events have shown that landslides near coastlines, involving volumes from a few thousand cubic meters to several cubic kilometers, can lead to tsunami waves with significant amplitude. The generated wave and the collapse both represent an important hazard for the population and infrastructure located on or near the coast. Realistic modeling requires considering the granular nature of landslides. Here, we developed a new set of small-scale laboratory experiments to investigate in detail the wave generated by the collapse of an aerial granular column into water. An entire set of parameters are tested: (1) the falling granular mass (height, volume, aspect ratio, grain size and density), (2) the water layer height and (3) the geometrical configuration (horizontal or inclined plane). From quasi-bidimensional experiments in a rectangular channel we record both the time evolution of the granular collapse and of the generated wave. We show that the wave generation process is driven by the collective dynamics of the granular collapse at the water free surface. We identify a clear linear dependence between the relative wave amplitude and a Froude number defined as the ratio of the granular front velocity and the solitary wave velocity. The wave amplitude reaches its maximum value at an intermediate water depth. The total energy transfer shows that only a few percent of the initial potential energy of the column is transferred to the wave, suggesting a considerable energy loss in the granular collapse itself. Finally, we highlight the low influence diameter and density of the falling grain in the generation of the wave. This suggests that the mass of the collapse is of low importance compared to its volume. Another interesting result is the linear dependence of the relative wave amplitude with the relative immersed volume of the final deposit. This allows us to estimate the wave amplitude generated by past or potential events in Nature. Despite the various scales and geometries of these natural events, and the uncertainty of the data, our empirical law, from our small-scale experiment, predicts waves similar to other numerical or experimental models

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Boufellouh, Samir. "Modélisation de la distribution de contraintes dans un milieu granulaire : comparaison avec les résultats expérimentaux". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2000. http://www.theses.fr/2000ECAP0677.

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Cette thèse traite le problème de la distribution des contraintes dans un milieu granulaire sous forme d'empilement à surface libre inclinée tel que cône ou prisme. On cherche à déterminer, à l'aide d'un calcul par éléments finis, la variabilité de la distribution en fonction de la forme du tas, de son mode de fabrication (couches horizontales et inclinées), des lois constitutives du matériau, des conditions aux limites et du maillage utilise. On discute les résultats obtenus et on les compare à d'autres approches théoriques récentes et à des expériences réalisées en centrifugeuse. On décrit les différentes lois rhéologiques utilisées ainsi que leur degré d'approximation car les matériaux granulaires exibent une réponse non linéaire (à base d'élasticité non linéaire de dilatance et d'écoulement plastique), qui rend le calcul assez sensible à la forme rhéologique choisie.

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Pozo, Oliver. "Étude de la réponse au cisaillement d'un milieu granulaire humide non-saturé". Nice, 2006. http://www.theses.fr/2006NICE4026.

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Ce travail de thèse concerne l'étude des effets de l'humidité sur la réponse au cisaillement d'un milieu granulaire. La contrainte de cisaillement évolue d'un comportement ”bruité” en passant par un comportement de ”stick-slip” pour revenir au comportement ”bruité” lorsque le taux d'humidité augmente. Une étude des maxima et de l'amplitude des fluctuations de la contrainte de cisaillement a été faite à fin d'analyser les états statiques et dynamiques pendant le cisaillement. L'augmentation de la valeur moyenne des maxima de contrainte de cisaillement avec le taux d'humidité est rapprochée du modèle proposé par Halsey et Levine dans le cas statique. Dans le cas dynamique, l'étude de l'amplitude des fluctuations de la contrainte de cisaillement fait apparaître trois états correspondant à des quantités croissantes d'eau dans le système : un état granulaire, un état corrélé et un état viscoplastique pour reprendre une terminologie introduite par Tegzes. Un modèle de cohésion a été étudié numériquement par la méthode de la dynamique moléculaire sur un système à deux dimensions ; ce modèle permet de comprendre la dynamique de la bande de cisaillement. Nous avons aussi démontré expérimentalement que l'humidité ne conduit pas seulement à un effet spatial mais aussi à des effets temporels (vieillissement)
This work is an experimental study of the effects of moisture on the response of a granular medium to shear. The shear stress changes from a ”noisy” behavior to a ”stick-slip” behavior, to the ”noisy” behavior again when the water content increases in the granular medium. A study of the maxima and of the amplitude of fluctuations of the shear stress was made, in order to analyze the static and dynamic states during shearing. The increase of the average value of the maxima in shear stress as a function of the water content agrees with the model of Halsey and Levine in the static case. In the dynamic case, the study of the amplitude of the fluctuations of the shear stress reveals three states corresponding to increasing levels of humidity in the surrounding atmosphere : a granular state, a correlated state and a viscoplastic state (terminology introduced by Tegzes). A model of cohesion was studied numerically with the molecular dynamics method on a two-dimensional system; this model allows us to get insights into the dynamics of the shearing band. We also showed experimentally that moisture has not only spacial effects but also temporal effects (ageing) on the sheared granular medium

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Chélin, Yoann. "Développement d'un modèle mécanique et numérique de morphogenèse de tissus épithéliaux". Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00799370.

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L'étude des formes de la nature, de leur diversité, de leur reproductibilité ainsi que de leurs origines a toujours suscité un vif intérêt et, en particulier, la forme polygonale des cellules au sein des épithéliums monocouches, depuis leur observation par Hooke en 1665. Le travail de thèse exposé à travers ce mémoire vise une meilleure compréhension de la morphogenèse de ces tissus. Pour y parvenir, trois approches ont été combinées : la biologie expérimentale du développement, l'analyse biostatistique et, principalement ici, la modélisation biomécanique et numérique. L'hypothèse d'une influence des efforts mécaniques dans l'organisation des épithéliums monocouches en formation a conduit au développement d'un modèle bidimensionnel de cellules, basé sur la physique des milieux divisés et permettant une plasticité de forme ainsi qu'une capacité de libre auto-organisation. Les simulations de morphogenèse de tissus constitués de ces cellules ont alors, d'une part, été confrontées aux observations et, d'autre part, permis de faire varier des paramètres difficilement accessibles expérimentalement, principalement ceux régissant l'évolution cellulaire ainsi que les conditions aux limites. Les résultats issus de ces simulations ont ainsi permis de corroborer ceux provenant des expérimentations : les tissus non prolifératifs sont plus organisés que les prolifératifs et l'apoptose semble jouer un rôle stabilisateur de la morphogenèse des épithéliums prolifératifs. En outre, les études numériques montrent que l'organisation des tissus non prolifératifs semble décroître quand leur vitesse de développement augmente. Par ailleurs, les tissus paraissent plus organisés avec une division et une apoptose contrôlées par des critères mécaniques plutôt que lorsque le système prolifère suivant des critères aléatoires. En conclusion, ce travail de thèse montre l'importance des interactions mécaniques dans le processus de morphogenèse épithéliale et représente une première base prometteuse pour des études futures en ce domaine (étude tridimensionnelle, structuration du cytosquelette, tissus hyperprolifératifs, etc.).

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Mesnier, Aline. "Étude expérimentale et simulation de la ségrégation mécanique et thermique de billes millimétriques dans un séchoir de type tambour tournant". Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSE1046/document.

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La problématique de l’homogénéité de traitement mécanique et thermique d’un lit particulaire bi-disperse en tailles ou en densités dans un tambour tournant horizontal a été abordée. Dans la première partie, le mélange des billes sphériques millimétriques dans un tambour de type ‘tranche’ a été observé expérimentalement à l’aide des maquettes originales et simulé numériquement à l’aide d’un code commercial de type DEM. En ajustant le coefficient de frottement entre les billes, un accord satisfaisant a été obtenu entre les résultats des simulations et des expériences. Le lit a été globalement caractérisé par l’indice de ségrégation radial, la répartition des billes dans la couche frontale et l’angle de talus dynamique. Des phénomènes importants de ségrégation radiale et axiale ont été mis en évidence. Une réduction très significative de l’indice de ségrégation radiale a été obtenue dans le cas des ailettes multiples et longues par rapport au cas avec peu d’ailettes courtes ou pas d’ailettes. Dans la deuxième partie, le chauffage des billes par contact avec la paroi périphérique du tambour a été simulé par la méthode DEM. Des lits mono-disperse, bi-disperse (comme dans la partie 1), et à dispersion gaussienne ont été considérés. Les indices de ségrégation mécanique et thermique ont été comparés pour les différents types de lits et différentes configurations d’ailettes. L’intensité de la ségrégation thermique a été renforcée, dans l’ensemble, par la ségrégation mécanique et a été la plus forte pour le lit bi-disperses en densités. L’augmentation de la hauteur et du nombre des ailettes a considérablement amélioré l’homogénéité thermique du lit et la vitesse globale de chauffage
Product homogeneity issue during mechanical and thermal processing of a bi-dispersed bed with two particles’ sizes or two particles’ densities in a horizontal rotary drum was considered. In the first part, the mixing of milli-metric size spherical beads in a two-dimensional drum was simulated by means of a commercial discrete element software and optically observed in a specially designed laboratory scale device. The spatial distribution of the particles in the front bed section, the radial mechanical segregation index and the dynamic slope angle were analyzed. After adjusting the friction coefficient, the simulation results were close to the experimental ones. Important phenomena of radial and axial segregation have been highlighted. The radial segregation index was found to be significantly decreased by applying an important number of long baffles, while using few short baffles had practically no influence on segregation intensity. In the second part, the heating of the bed of spherical beads in a 2D drum with hot peripheral wall was simulated by means of the discrete element software. Mono-dispersed, gaussian-dispersed and bi-dispersed beds (same as in part 1) were considered. The mechanical segregation and the thermal segregation indexes were calculated for the different types of bed and for different baffles configurations. The thermal segregation was found to be generally enhanced by the mechanical segregation and reached its highest values for the bi-density bed. Increasing the number and the length of the baffles considerably improved the overall heating rate and the thermal homogeneity of the considered beds

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Aboura, Abdelaziz. "Etude expérimentale du comportement mécanique de matériaux granulaires non conventionnels". Université Joseph Fourier (Grenoble), 1999. http://www.theses.fr/1999GRE10225.

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Cette etude essentiellement experimentale s'interesse au comportement mecanique de materiaux granulaires dits non conventionnels. Elle a ete abordee a partir d'une tres grande boite de cisaillement, concue et realisee au lirigm. Les originalites du dispositif experimental sont : la possibilite d'experimentation sur echantillon de grande echelle, l'assemblage modulable des elements constitutifs qui permet un transport facile de l'appareil sur site, et le demontage lateral pour visionner la bande de cisaillement. L'etude comporte trois parties principales : la premiere partie est relative a la validation du dispositif experimental. Des essais de cisaillement ont ete realises sur le sable de leucate et confrontes aux resultats obtenus dans deux boites de cisaillement direct conventionnelles (300*300 mm 2 et 100*100 mm 2). Des essais complementaires de frottement d'interface ont ete effectues et compares a d'autres obtenus sur une grande boite de cisaillement (400*250 mm 2) avec les memes materiaux. La seconde partie, consacree a la caracterisation mecanique en laboratoire de deux sols a forte granularite (d m a x = 100 mm). Les experiences visaient d'une part a determiner le couple de parametres mecaniques c et correspondants, et d'autre part mettre en evidence l'influence de certains facteurs (taille du boitier, conditions d'essais ? plaques lisses, plaques rugueuses ?, hauteur de l'echantillon, teneur en eau, etc). Des tests specifiques d'interface sol-geosynthetique (geotextile ou geogrille) ont ete aussi effectues. La derniere partie, se rapporte a la caracterisation in-situ a l'aide du dispositif experimental, de dechets stockes dans les centres de stockage de classe ii : dechet industriel banal (d. I. B) et dechet menager (o. M). Les resultats des essais de compressibilite et de cisaillement direct menes sur ces materiaux dechets, fortement heterogenes, montrent un comportement se demarquant de celui des sols classiques. Des valeurs de c et sont donnees et confrontees a celles de la bibliographie.

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Becquart, Frédéric. "Première approche du comportement mécanique d'un milieu granulaire issu d'un mâchefer d'incinération d'ordures ménagères : valorisation en technique routière". Lille 1, 2007. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2007/50376-2007-13.pdf.

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Le travail de thèse a consisté à identifier expérimentalement le comportement mécanique d'un mâchefer d'incinération d'ordures ménagères, à la fois non traité et cimenté avec un liant routier à faible dosage. Ce mâchefer est valorisable au sens de la circulaire du 9 mai 1994, précisant les conditions d'emploi des mâchefers en technique routière. L'objectif est d'améliorer la connaissance du matériau « mâchefer» du point de vue mécanique, de telle sorte à améliorer la méthode de dimensionnement rationnelle des chaussées, prenant en compte un comportement plus réel du matériau granulaire « mâchefer» et permettant ainsi de s'affranchir de considérations empiriques. La première étape de cette étude a consisté à mettre en place des dispositifs et méthodologies expérimentaux adaptés au matériau « mâchefer ». Dans cette première approche, la rhéologie du matériau granulaire, non lié et faiblement cimenté, est approchée en régime quasi-statique et en régime cyclique, sur des chemins de contraintes oedométriques et triaxiales. Les résultats expérimentaux révèlent des propriétés mécaniques du matériau granulaire « mâchefer » analogues aux matériaux pulvérulents initialement denses, caractérisées principalement par une élasticité non linéaire, une dépendance vis-a-vis de la pression moyenne appliquée, une dilatance progressive aux grandes déformations, et une stabilisation progressive des déformations élastiques et permanentes en régime cyclique à haut nombre de cycles. Les notions d'état caractéristique et d'état critique semblent applicables au matériau « mâchefer ». La formulation d'une première approche du comportement en fatigue ainsi que la prise en compte de la pathologie de gonflement du matériau dans le dimensionnement sont présentées, et doivent également conduire à une meilleure prise en compte du comportement du mâchefer dans la méthodologie de dimensionnement.

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Vanel, Loïc. "Etude expérimentale de l'équilibre mécanique d'un milieu granulaire : exemples du silo et du tas de sable". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1999. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00258084.

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Les forces de contact dans un milieu granulaire se répartissent de façon très inhomogène en un réseau de "chaînes de forces" qui supporte la plus grosse partie des contraintes. Il est primordial de bien comprendre l'influence du désordre des forces à l'échelle du grain sur les propriétés d'équilibre mécanique d'un milieu granulaire à l'échelle macroscopique.

La mesure de forces dans un milieu granulaire est délicate à cause d'un couplage fondamental entre les déformations du capteur et la mobilisation des forces de friction entre grains ou entre grains et paroi. Cependant, en définissant proprement le protocole de mesure, nous avons pu améliorer de façon très significative la reproductibilité des résultats en comparaison des mesures que l'on trouve dans la littérature.

Nous nous sommes intéressé aux liens qui existent entre la structure de l'empilement granulaire et la répartition des contraintes. Sous l'effet d'un cisaillement ou de vibrations, l'équilibre d'une colonne granulaire dans un silo évolue considérablement ainsi que la structure de l'empilement comme le révèlent des mesures de densité moyenne et locale. Sous le sommet d'un tas de sable formé par écoulement des grains en avalanches, j'ai observé très clairement un minimum ou "trou" de pression, alors que la pression est maximum si les grains sont déposés en couches horizontales. Nous avons aussi mesuré les fluctuations résiduelles de la pression en fonction de la taille des grains ou de la hauteur de remplissage du silo et ai observé que leur dépendance avec la taille des grains montrent une régression statistique anormale en comparaison de celle déduite de la distribution des forces à l'échelle du grain.

La plupart des observations sont qualitativement et quantitativement bien reproduites par le modèle OSL dans lequel les contraintes se propagent selon deux directions dont l'une s'identifie à la direction moyenne des chaînes de forces. La notion de propagation anisotrope de forces permet de comprendre la distribution de pression sous un tas ou la forme de la courbe de saturation de la pression dans un silo, y compris les oscillations de la pression en présence d'une surcharge.

Nous avons proposé en outre un modèle de durcissement d'arches qui permet d'expliquer l'existence d'un mode d'écoulement fragmentaire après renversement d'un tube rempli de grains et met en évidence le rôle non négligeable de l'élasticité des parois.

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Maalej, Yamen. "Comportement mécanique d'un milieu granulaire injecté par un coulis de ciment : étude expérimentale et modélisation micromécanique". Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00141156.

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L'injection est un procédé largement utilisé et relativement ancien de renforcement des sols. Le plus souvent, on met en oeuvre des coulis de ciment formulés de façon à imprégner le réseau poreux. L'effet escompté de la prise du ciment faisant corps avec la structure granulaire est une augmentation de raideur et un gain de cohésion. On présente une étude expérimentale destinée à la caractérisation du comportement mécanique des milieux granulaires vierges et injectés. Une attention particulière est accordée à la non linéarité du comportement élastique et à la variation du comportement en fonction de la distance à la source d'injection. Une caractérisation microstructurale a été réalisée dans le but d'affiner la compréhension des mécanismes responsables du renforcement dû à l'injection et d'orienter les choix du modèle micromécanique. La caractérisation de la porosité finale du milieu a été abordée grâce à des techniques expérimentales (porosimétrie, analyse d'image) et à travers une modélisation basée sur une loi de filtration. Concernant la modélisation micromécanique, nous nous sommes intéressé au comportement du milieu granulaire vierge et injecté à la fois pour ce qui est des petites déformations et les caractéristiques de rupture. Nous avons proposé une première approche consistant à remplacer la phase solide du milieu granulaire par un matériau fictif continu choisi de façon à ce que le composite de même porosité que le milieu réel, ayant comme phase solide le matériau fictif, exhibe un comportement identique au milieu réel. Ce milieu fictif présente l'avantage d'être décrit de manière continue, ce qui nous a permis de mettre en oeuvre les techniques classiques d'homogénéisation des milieux aléatoires, pour modéliser les effets de l'introduction de la phase cimentaire. Dans une deuxième approche, le milieu granulaire est modélisé comme un polycristal poreux. Le comportement de l'assemblage granulaire est déduit à partir de la loi de contact intergranulaire régissant les discontinuités de déplacement dans les interfaces lors de l'application d'une charge. La problématique de la rupture a été abordée aussi bien pour le milieu granulaire vierge que pour le milieu injecté.

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Gasnier, Jean-Baptiste. "Etude du comportement thermo-mécanique et de l’endommagement d’un matériau énergétique granulaire par méthodes de Fourier". Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLEM051/document.

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Ce travail s’inscrit dans la thématique classique en mécanique de l’endommagement de milieux polycristallin. Il a pour but d’étudier et de modéliser le comportement thermique et mécanique d’un matériau énergétique. Ce matériau, dont le comportement en compression est quasi-fragile, présente en particulier un coefficient de dilatation thermique qui diminue lors de cycles de refroidissement-réchauffement.L’étude repose sur un modèle morphologique de type Johnson-Mehl avec grains non convexes et une méthode numérique à champ complet par transformée de Fourier rapide. La précision de ces méthodes en termes de réponse effective et de champs en pointe de fissure est étudiée par comparaison avec des éléments finis. Plusieurs types de microstructures sont ensuite étudiés de façon heuristique par ordre croissant de complexité.Le comportement élastique du polycristal non endommagé, calculé par méthode FFT, surestime celui observé expérimentalement. L’ajout de liant et de porosité dans le matériau n’expliquant pas le comportement mécanique expérimental, on étudie l’influence de différentes populations de fissures.Seule l’ajout de fissures intergranulaires permet de rendre compte du comportement effectif du matériau à l’état initial. La chute du coefficient de dilatation thermique est prédite par méthode FFT dans le cas de fissures dans le plan graphitique des monocristaux, dont l’existence est confirmée par des images MEB
This work aims to study the thermal and mechanical behavior of an energetic polycrystal. This material displays a quasi-brittle behavior and its thermal dilation coefficient decreases when it undergoes cooling-heating cycles.The study relies on the use of a Johnson-Mehl tessellation model which has non-convex grains, and a full-field numerical method based on the Fourier transform. The accuracy of such methods concerning cracked media are determined by comparison with Finite Elements computations. The numerical tool is then used to investigate different microstructural assumptions, from the simplest to the most sophisticated.The first computation is that of an undammaged polycrystal, which overestimates the overall mechanical properties. The attempt to account for porosity and the presence of binder gives interesting results, but the latter are not enough to reproduce the experimental behavior.Finally, different types of microcracks are investigated and two major conclusions are drawn. First, in its initial state, the material contains intergranular cracks, that are uncorrelated to the local microstructure. Such cracks can lower the elastic moduli and leave the thermal properties unaffected. To obtain a decrease in terms of thermal dilation coefficient, one must consider families of cracks which are correlated to the local crystal orientation, especially along the weak plane of the crystal

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Visco, Paolo. "Mécanique statistique hors d'équilibre et fluctuations dans les gaz granulaires". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00162084.

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Cette thèse porte sur un système dissipatif modèle, les gaz granulaires. Au moyen de méthodes issues de la théorie cinétique et des processus stochastiques, nous avons cherché à déterminer les propriétés statistiques d'observables globales, mimant ainsi la démarche qui prévaut l'équilibre. Parmi celles-ci, l'énergie qu'il faut fournir au gaz granulaire pour le maintenir dans un état stationnaire joue un rôle central. Elle est d'intérêt expérimental, mais elle est aussi pertinente comme mesure de la distance à l'équilibre, et c'est à ce titre qu'elle est récemment intervenue dans le contexte des relations de fluctuation. Nous avons complètement caractérisé la distribution de cette énergie injectée dans le système. Nous avons montré qu'elle ne pouvait être invoquée dans les relations de fluctuation, mais aussi que la distribution de cette grandeur macroscopique permettait d'obtenir des informations sur la dynamique microscopique. Plusieurs questions se sont développées autour de ce travail, dont la pertinence de la notion d'entropie dans un système dissipatif ou les limitations intrinsèques des relations de fluctuations.

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Ovarlez, Guillaume. "Statique et rhéologie d'un milieu granulaire confiné". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00001963.

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Un matériau granulaire confiné dans une colonne s'appuie sur les parois de celle-ci pour s'opposer aux forces extérieures qu'il subit. Il en résulte un couplage entre propriétés mécaniques du matériau et propriétés de surface de la colonne. L'étude de ce couplage constitue l'objet de cette thèse. Dans une première expérience, nous avons étudié le poids exercé par un milieu granulaire constitué de billes à la base d'une colonne. Nous avons défini une procédure expérimentale telle que le matériau est au seuil de glissement en tout point aux parois. Le poids mesuré sature avec la hauteur de billes ; la masse de saturation se met à l'échelle avec le rayon au cube, et diminue lorsque la densité et la friction aux parois augmentent. Lorsqu'on ajoute un surpoids à la surface supérieure du milieu granulaire, on observe un maximum, suivi d'une lente décroissance de la masse pesée en fonction de la masse versée. Ce maximum est plus élevé lorsque la densité et la friction aux parois augmentent. Les résultats obtenus sont comparés à différentes théories mécaniques des matériaux granulaires. Le modèle de Janssen décrit parfaitement le matériau granulaire non contraint par un surpoids. Mais l'ajout d'un surpoids met en défaut ce modèle, ainsi que le modèle OSL et l'élasticité homogène isotrope, même si cette dernière reproduit qualitativement tous les phénomènes observés. Dans une deuxième expérience, nous avons poussé la colonne granulaire vers le haut. La force de résistance à la poussée croît alors exponentiellement avec la hauteur de billes, ce que nous expliquons par le modèle de Janssen adapté à la poussée. A basse vitesse, nous observons un mouvement de « stick-slip », caractérisé par une force maximale de résistance à la poussée avant glissement qui croît fortement lorsque la vitesse décroît et lorsque l'humidité augmente. Nous expliquons ce phénomène par un vieillissement de la friction statique aux parois. A haute vitesse, nous observons une transition hystérétique vers un régime de glissement continu caractérisé par une force de résistance qui croît avec la vitesse et le taux d'humidité. Les phénomènes observés sont différents lorsqu'on change le matériau de la colonne, ce qui prouve l'influence primordiale des parois sur les effets observés. La mesure directe du coefficient de friction bille-paroi permet de retrouver les phénomènes observés. La poussée d'un système de billes de verre polydisperses dans une colonne en PMMA révèle un stick-slip régulier à très basse vitesse, qui devient irrégulier à plus haute vitesse, la distribution des glissements s'élargissant vers les petites valeurs.

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Miksic, Amandine. "Étude des propriétés mécaniques et acoustiques d'un milieu granulaire sous chargements cycliques". Phd thesis, Université Paris-Est, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00350277.

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Ce travail porte sur la caractérisation, par une méthode acoustique, du comportement mécanique d'un milieu granulaire sous chargement cyclique. La propagation d'ondes ultrasonores, à travers le réseau des contacts supportant les efforts dans l'échantillon, permet de sonder les propriétés viscoélastiques de ces milieux hétérogènes. Dans une première partie, nous étudions le comportement visco-élasto-plastique d'un empilement de billes de verre lors d'un essai oedométrique. Nous examinons en particulier le tassement, ou la déformation résiduelle, et la dissipation hystérétique, en fonction du nombre de cycles, du taux de déformation et de l'état de surface des billes. Nous montrons que les modules déduits des donnés mécaniques (déformation e ~ 10?4-10?³) sont dix fois plus petits que ceux obtenus par les mesures acoustiques (e ~ 10?7) à cause de la réponse non linéaire du milieu. Dans une seconde partie, nous nous intéressons au fluage et à la relaxation de contrainte du milieu. L'originalité de cette étude est le suivi par la mesure de la vitesse du son, qui présente une augmentation de type logarithmique dans les deux types d'essais. Le modèle basé sur la mécanique des microcontacts entre grains rugueux décrit bien nos résultats expérimentaux

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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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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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Hoang, Minh Tam. "Frottement saccadé dans les matériaux granulaire modèles". Phd thesis, INSA de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00743550.

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Cette étude a pour objectifs la caractérisation expérimentale des frottements saccadés dans les matériaux granulaires modèles constitués des billes de verre monodisperses en compression triaxiale drainée et l'identification des paramètres de contrôle. Cinq paramètres macroscopiques caractérisent ces frottements saccadés : la chute de déviateur et la contraction volumique, l'intermittence de déformation axiale, le module d'Young et le coefficient de Poisson. Les frottements saccadés affectent simultanément le déviateur et la déformation volumique. Le comportement macroscopique est globalement contractant tandis que le matériau tend vers un état limite critique en grandes déformations, à la manière des sables lâches. Cependant il présente localement, dans les phases de blocage qui suivent immédiatement les ruptures temporaires, le comportement dilatant des sables denses, qui obéit à une relation contrainte-dilatance linéaire et unique. Les frottements saccadés disparaissent au-delà d'une vitesse critique d'écrasement axial, qui dépend de la contrainte de confinement et de la taille des grains. Le module d'Young dynamique par propagation d'ondes varie avec la contrainte de confinement selon une loi de puissance. Le module d'Young quasi-élastique au départ des phases de blocage est constant à l'intérieur du domaine élastique, de même que le coefficient de Poisson. Le suivi par granulométrie laser et par analyse d'images des matériaux après un ou plusieurs essais triaxiaux permet de suivre l'évolution de la taille moyenne et de la forme des grains. Tandis que les instabilités par saccade disparaissent suite à un certain nombre d'essais, on observe, simultanément à une légère diminution du volume moyen, l'apparition progressive de populations d'objets non sphériques par une fusion des grains analogue au frittage.

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Jensen, Michael. "Un éjecteur haute fréquence de matières granulaires". Mémoire, Université de Sherbrooke, 2012. http://hdl.handle.net/11143/6183.

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This study addresses the design challenges of a proposed Micro Pulse Detonation Engine (MPDE), a micropropulsion system devised to meet the needs of smallsats . It focusses in particular on one subsystem of the proposed MPDE, the explosive delivery system, hereafter refered to as an ejector of granular materials. This study has three major goals: (1) evaluate different ways of building ejectors of granular materials in space, (2) propose a design for an ejector of granular materials that could eventually be used to achieve ejection rates of 10 kHz, and (3) evaluate the new designs performance. We thus begin by reviewing devices that have been built or proposed in the past for ejecting granular materials. Finding them lacking for the objectives of the present project, we evaluate several other different ways of achieving granule ejection in the zero gravity environment of space, based on other previous work with granular materials generally. We conclude that the artificial gravity induced within a spinning apparatus provides for many of the design requirements in a way that none of the other options do. We then go on to discuss the novel challenges a rotating ejector of solids faces, and propose a way of overcoming them. We present the design of the simplest concept we could come up with to achieve controlled ejection from the rotating device. Finally, the performance of this system is evaluated experimentally, using glass ballotini as the granular material. We find that we are able to demonstrate an ejection rate of 50 ejections per second with the device rotating at 10 rotations per second, with the possibility of attaining even higher ejection rates at higher rotational velocities. We conclude that this device demonstrates that there is a very great likelihood that future designs based closely on it will be able to achieve the desired 10 kHz ejection rate, which is the highest ejection rate at which the proposed MPDE can operate while remaining in the higher efficiency vacuum mode.

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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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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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Staron, Lydie Hélène. "Étude numérique des mécanismes de déstabilisation des pentes granulaires". Paris, Institut de physique du globe, 2002. http://www.theses.fr/2002GLOB0011.

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La destabilisation des pentes naturelles met souvent en jeu des matériaux non consolidés (rochers, sables, terres. . . ) qui constituent une phase solide discrète, granulaire. La façon dont la nature granulaire, par les interactions multiples et dissipatives qu'elle implique, influence d'une part la perte de stabilité d'un sol et d'autre part son écoulement, reste en grande partie à déterminer. Dans cette perspective, la modélisation numérique de milieux granulaires simples est secourable, car elle permet de produire de façon minimale les mécanismes de destabilisation de pentes, en donnant accès à l'ensemble des grandeurs (vitesses, forces. . . ) caractérisant le système multi-contact. Nous modélisons donc par Dynamique des Contacts l'évolution d'un lit granulaire à deux dimensions incliné dans le champ de gravité de manière à en destabiliser la surface libre. Dans un premier temps, la mobilisation du frottement macroscopique est étudiée en relation avec le modèle de plasticité de Mohr-Coulomb. Nous mettons en évidence que la limite de stabilité des lits granulaires intervient avant la limite de plasticité de Coulomb. Une analyse détaillée de la transmission hétérogéne des forces confirme le rôle essentiel de la texture granulaire sur le comportement global des empilements. Dans un second temps, nous nous intéressons aux forces de contact ayant atteint le seuil de frottement de Coulomb, dont la proposition peut être envisagée comme un paramètre d'ordre du système. Nous mettons en évidence l'apparition précoce de zones plastiques ; l'évolution de la taille moyenne de ces zones, divergente à l'approche de la limite de stabilité, suggère que celle-ci résulte d'un processus de percolation. L'analyse des forces et du frottement aux contacts font apparaître une échelle de longueur mésoscopique, de l'ordre de la dizaine de diamètres de grains. Cette échelle semble commander la selection d'une épaisseur coulante lors du déclenchement d'une avalanche de surface. L'ensemble de ces résultats est en faveur d'une description bi-phasique des milieux granulaires

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Benmezroua, Boumediene. "Etude numérique et expérimentale, à l'échelle microstructurelle, du transport granulaire dans les matériaux poreux saturés". Phd thesis, INSA de Rennes, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00790188.

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Le transport de particules solides dans un matériau poreux saturé, sujet à l'écoulement de fluide se produit dans les milieux naturels et dans diverses applications liées au génie civil. Ces particules solides peuvent colmater les interstices du matériau poreux et par conséquent réduire sa perméabilité ou au contraire se détacher du matériau poreux et provoquer son érosion. Ainsi, cette thèse s'attache à étudier à l'échelle des grains du matériau poreux les mécanismes du transport de particules en présence d'écoulement de fluide incompressible et de calculer les interactions fluide-solide pour contribuer à la connaissance des phénomènes de colmatage ou d'érosion. Le travail est réalisé principalement par la voie numérique utilisant un couplage original entre deux codes de calcul : PFC3D pour la matrice granulaire - CFD FINAS pour l'écoulement du fluide, validé par des expériences de visualisation menées sur des modèles de laboratoire.
Les études numérique et expérimentale de la filtration dans un milieu poreux bidimensionnel montrent l'influence des particules sur le champ de vitesse du fluide qui se met à son tour en mouvement et accélère la filtration. L'étude des interactions particules-fluide par l'approche couplée DEM-CFD (Distinct Element Method-Computational Fluid Dynamics) a abouti à proposer une formulation de la traînée en fonction de la porosité du milieu poreux. Le couplage avec la loi de Darcy conduit à une relation pratique qui prédit la perméabilité en fonction de la porosité. L'étude est étendue à la filtration de particules solides dans un milieu poreux constitué d'un empilement désordonné de sphères dans lequel un fluide s'écoule en permanence. L'analyse à l'échelle des grains montre des zones de colmatage qui se développent dans le milieu poreux. L'étendue du colmatage est analysée en fonction de combinaisons des forces prédominantes que sont les forces de gravité et de viscosité. Des courbes de distribution des particules selon la profondeur sont trouvées.

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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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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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Mede, Tijan. "Etude numérique du comportement mécanique de la neige : une perspective microstructurale". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAU004/document.

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Les avalanches de plaque représentent un risque naturel majeur dont la prévision demeure très difficile. Le manque de lois constitutives fiables à l’échelle du matériau rend difficiles les tentatives de modélisation de ce phénomène. Plus spécifiquement, la réponse mécanique de la neige durant et après la rupture, dans des régimes de chargements rapides , demeure relativement méconnue. La nature particulièrement fragile du matériau au sein de ce régime de déformation rend ardue la réalisation d’expériences et complique l’observation à l’échelle microstructurale.Dans ce travail de thèse, un modèle numérique de neige fondé sur la Méthode des Éléments Discrets a été développé en tant qu’alternative aux expériences. Le modèle nous permet de simuler la réponse de la neige à des chargements mécaniques en tenant compte de la microstructure réelle du matériau grâce à l’intégration d’images acquises par microtomographie à rayons X en entrée du modèle. La neige est considérée comme un matériau granulaire cohesif, et une méthode originale a été développée afin de modéliser la forme de chaque grain. Les grains individuels sont ensuite assemblés pour reconstituer la matrice de la neige grâce à la prise en compte de lois de contact cohésives.Le modèle a été utilisé afin d’explorer la réponse mécanique macroscopique de différent échantillons de neige à un chargement mixte normal-cisaillant. Trois modes de rupture ont été observés dans tous les échantillons de neige testés, en fonction du niveau de contrainte normale appliquée : une rupture en cisaillement localisée pour des niveaux de contrainte normale faibles (mode A), un effondrement normal induit par rupture en cisaillement à des niveaux intermédiaires de contrainte normale (mode B) et un effondrement normal pour des valeurs de contrainte normale élevées (mode C). Ces différents modes de rupture produisent une enveloppe de rupture fermée dans l’espace des contraintes, ce pour les différents types de neige étudiés.Les mécanismes internes conduisant à l’effondrement normal des échantillons ont été étudiés plus en détail à l’échelle microscopique. Il a été montré que ce mode de rupture était associé à un mécanisme de flambement des chaînes de force. En outre, la stabilité de ces chaînes de force semble être contrôlée par les contacts entre les éléments des chaînes et les grains environnants. La rupture de ces contacts, observée dans les modes B et C, autorise le développement du flambement des chaînes de force et aboutit à l’effondrement volumique
Dry slab snow avalanches represent a major natural hazard that is extremely difficult to manage. Attempts to model this phenomenon are hindered by the lack of a constitutive law that would describe the mechanical behaviour of snow on a material scale. In particular, relatively little is known on the failure and post-failure response of snow at high loading-rates. The highly fragile nature of the material in this deformation regimerenders experimental investigation difficult and complicates observation at the microstructural level.As an alternative to experiments, a Discrete Element Method-based numerical model of snow is developed in this thesis. The model enables us to simulate the response of snow to mechanical loading, while accounting for actual snow microstructure by using X-ray attenuation images of snow microstructure as input. Snow is considered as a cohesive granular material and an original methodology is developed in order to model the shape of each grain. Individual grains are bound into the snow matrix by modelling cohesion between neighbouring grains.The model is then used to explore the macroscopic mechanical response of different snow samples to mixed-mode loading. Three typical modes of failure are observed in all tested snow samples, depending on the level of applied normal stress: a localized shear failure at low normal stress (mode A), a shear failure-induced volumetric collapse at intermediate levels of normal stress (mode B), and a normal failure and collapse for high values of normal stress (mode C). The observed failure modes result in closed failure envelopes and no qualitative difference is observed between the mechanical responses of different snow types.The internal mechanisms that lead to volumetric collapse are further examined on the microscale. Force chain buckling is identified as a trigger of this material instability. Additionally, force chain stability appears to be controlled by the contacts between the force chain members and the surrounding grains. The failure in these contacts, which is evidenced in modes B and C, allows force chain buckling to develop and results in subsequent volumetric collapse

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Duchesne, Annie. "Étude du comportement mécanique d'un combustible granulaire soumis à des sollicitations d'origine thermique dans un propulseur thermo-nucléaire spatial". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2002. http://www.theses.fr/1998ECAP0611.

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Le cadre de cette thèse est un projet de réacteur nucléaire spatial dans lequel le fluide propulsif circule à travers un lit de billes fissiles au contact direct desquelles il s’échauffe. L’objectif de ce mémoire est de proposer un modèle pour évaluer le comportement mécanique du combustible granulaire dans son environnement, soumis à des sollicitations d’origine thermique lors du fonctionnement du réacteur. Ce modèle doit intégrer les caractéristiques des billes et être modifiable à mesure que la connaissance du système sera plus précise. Des relations théoriques, issues de raisonnements d’homogénéisation, sont d’abord présentées : elles permettent d’approcher les modules élastiques du lit de billes à partir des caractéristiques des billes et la densité du lit. Le comportement plastique est identifié grâce aux résultats disponibles en mécanique des sols. L’unicité du comportement en sollicitations d’origine thermique (dilatation) ou mécanique étant établie, un cadre purement mécanique est choisi pour l’étude expérimentale. Cette étude expérimentale consiste à appliquer les techniques de caractérisation des sols (essais triaxial et œdométriques) à quatre types de matériaux granulaires à grains arrondis. Elle permet de juger de la validité des relations théoriques. Le frottement entre ces matériaux et des parois de rugosités différentes est étudié. Les observations expérimentales conduisent au choix de modèles de comportement adaptés au lit de billes combustibles et à ses interfaces avec les autres éléments du réacteur. Les paramètres de ces modèles sont liés aux caractéristiques des billes et des parois : leur valeur est validée par le calage des résultats de calculs effectués au moyen d’un code de calculs par éléments finis, sur les résultats expérimentaux

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Algarra, Nicolas Pierre. "Pénétration d'une fibre flexible dans un milieu granulaire dense". Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066500/document.

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Nous étudions de manière expérimentale un cas d’interaction fluide/structure entre une fibre élastique et un milieu granulaire dense proche du jamming. Dans notre dispositif expérimental horinzontal, un milieu granulaire bidimensionnel, aléatoire et dense est en interaction avec une fibre élastique encastrée. L'extrémité encastrée de cette fibre est en translation par rapport aux grains tandis que son extrémité libre fait initialement face au flux de grains dans une géométrie de pénétration, avant de se défléchir par interaction avec les grains. Les paramètres de contrôle de notre système sont la compacité du milieu granulaire, la longueur et la rigidité de la fibre. Notre dispositif nous permet de mesurer la déformée de la fibre, les efforts que les grains exercent sur la fibre, notamment la force de traînée et de suivre les réorganisation du milieu granulaire. Sous certaines conditions expérimentales, nous avons observé que ce système présente plusieurs régimes d'évolution. A faible et à forte déflexions de la fibre, le système connaît une évolution stochastique, liée à la nature aléatoire du milieu granulaire : respectivement de petites fluctuations de la fibre autour de sa position d'équilibre et des événements brusques de balayage de la fibre en flexion associés à des avalanches granulaires. La transition entre ces deux régimes est associée à une brisure de symétrie qui affecte tant la fibre que le milieu granulaire. Dans une première partie, nous étudions comment la déflexion de la fibre est influencée par les paramètres de contrôle, en particulier par l'écart au jamming. Dans une seconde partie, nous montrons qu'une asymétrie de densité se développe dans le milieu granulaire lorsque la fibre est suffisamment défléchie. Dans une troisième partie, nous tentons de comprendre l'évolution des forces mesurées à l'aide de simulations numériques de l'Elastica sur une poutre sous chargement. Enfin, nous proposons un modèle de compaction des grains par la fibre qui est en bon accord avec l'évolution expérimentale du système. Une application de cette thèse est la compréhension des mécanismes de pénétration d'une racine ou d'une tige dans un sol granulaire
We study experimentally a fluid/structure interaction between an elastic fiber and a dense granular medium near the jamming transition. In our horizontal setup, a bidimensionnal and dense random packing is interacting with a clamped elastic fiber. The clamped end of the fiber is in translation relative to the the grains while the free end faces initially the grain flux in a penetration geometry before being deflected by grain/fiber interactions. The control parameters of our system are the packing fraction of the medium, the length and the rigidity of the fiber. Our setup allows us to measure the deflected shape of the fiber, the forces exerted by the grains on the fiber (including the drag force) and to follow the reorganizations of the granular medium. Under some experimental conditions, we observed that this system exhibits several regimes of evolution. For low and large fiber deflections, the system evolves stochastically as a consequence of the random nature of the granular medium : respectively small fluctuations of the fiber around its equilibrium position and sudden events of unlozding of the fiber in flexion associated to granular avalanches. The transition between those two regimes is associated with a symmetry breaking that affects the granular medium as well as the fiber. In a first part, we study how the fiber deflection is influenced by the control parameters, particularly by the distance to jamming. In a second part, we show that a packing fraction asymmetry appears in the granular medium when the fiber is deflected enough. In a third part, we try to understand the evolution of the measured forces using numerical simulations of the Elastica on a constrained beam. Finally, we propose a model of compaction of the grains by the fiber that is in a good aggreement with the experimental evolution of the system. An application of this thesis is the understanding of the mechanisms involved in the penetration of a root or a beam in a granular soil

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Bougouin, Alexis. "Etude expérimentale de l'effondrement d'une colonne fluide-grains". Thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://www.theses.fr/2017INPT0113/document.

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Autour de nous, les systèmes granulaires sont omniprésents et rarement dissociés d'une phase liquide ou gazeuse. L'interaction entre les deux phases (solide et fluide) implique une dynamique d'écoulement complexe de ces systèmes couplés. Cette thèse expérimentale a pour but de caractériser la dynamique d'effondrement gravitaire instationnaire d'une colonne fluide-grains dans différentes configurations de mélange diphasique. Considérant uniquement l'effet des grains au sein du fluide, la dynamique d'écoulement d'une suspension isodense dans l'air est d'abord abordée avec une description macroscopique. En particulier, La rhéologie du fluide apparent est extraite à partir de l'évolution temporelle du front en utilisant des solutions auto-similaires, modèles de la dynamique de propagation aux temps longs. Sur la gamme du nombre de Reynolds étudiée, la dynamique d'écoulement de la suspension est décrite comme celle d'un fluide apparent Newtonien ou non-Newtonien (rhéofluidifiant, rhéoépaississant, viscoplastique) dépendant des paramètres considérés (fraction volumique, viscosité du fluide interstitiel, diamètre des grains, protocole de préparation). Afin de décrire la configuration opposée d'un massif sédimentaire pour lequel les interactions entre particules solides deviennent dominantes, la configuration d'une colonne granulaire dense saturée en fluide, i.e. où les grains sont plus lourds que le fluide porteur, est ensuite étudiée. Un travail préliminaire est consacré à la caractérisation de l'effondrement d'une colonne granulaire totalement immergée dans un fluide. Le rôle dissipatif de ce dernier sur le milieu granulaire est mis en évidence par une analyse de la dynamique d'effondrement et des caractéristiques du dépôt final. Cette caractérisation permet de classifier les régimes d'effondrement en fonction de la viscosité et de la masse volumique du fluide environnant, i.e. du nombre de Stokes et du rapport de masse volumique entre le fluide et les grains. Dans le cas triphasique, i.e. lorsque la colonne fluide-grains s'effondre dans l'air, la dynamique peut être fortement affectée par les effets capillaires à travers le nombre de Bond qui contrôle alors la mise en mouvement de la colonne initiale. Quand ces effets deviennent négligeables à l'échelle de la colonne et à celle du grain, le fluide interstitiel peut jouer un rôle moteur ou dissipatif vis-à-vis dumilieu granulaire conduisant à une longueur d'étalement plus ou moins importante en comparaison au cas sec. Le rôle du fluide interstitiel dépend essentiellement de sa viscosité modifiant, par la même occasion, la dynamique d'effondrement. Enfin, une étude préliminaire sur la dynamique d'écoulement d'une suspension non-isodense, initialement homogène, est réalisée. Cette configuration, à la transition des situations décrites précédemment, permet d'aborder le couplage de la dynamique de sédimentation des grains et celle du courant. En particulier, nous observons que la vitesse de sédimentation décroît avec l'augmentation de la fraction volumiqueinitiale en particules
On the Earth's surface, granular medias are ubiquitous and they are rarely dissociated from a liquid or a gas. The fluid-solid interaction leads to a complex flow dynamics of these coupled systems. This experimental work aims at characterizing the dynamics of the unsteady gravitydrivencollapse of a granular-fluid column within different configurations of the diphasic mixture. First, the flow dynamics of a neutrally buoyant suspension in air are characterized based on a macroscopic description of the flow. In particular, the rheological parameters of the apparent fluid have been extracted using the temporal evolution of the propagating front and self-similar solutions, models of the propagating dynamics at long times. In the considered range of the Reynolds number, the flow dynamics are described as an apparent Newtonian or non-Newtonian (shear-thinning/-thickening, viscoplastic) fluid depending on the various parameters (volume fraction, viscosity of the interstitial fluid, particle diameter, mixing protocol). In order to describe the opposite case of a sedimentary environment where particle-particle interaction becomes dominant, a second part of this work investigates the case of a fluid-saturated granular collapse, i.e. for which particles are heavier than the carrier fluid, in a dense packing configuration. For this purpose, a first part of the study is dedicated to characterize the collapse of an immersed granular column. The dissipative role of the fluid on the granular media is highlighted by an analysis of the collapse dynamics and the characteristics of the final deposit. This characterization allows to classify the regimes of the collapse depending on the viscosity and the density of the surrounding fluid, i.e. the Stokes number and the fluid-grain density ratio. In the triphasic case, i.e. when the granular-fluid column collapses in air, the dynamics may be strongly affected by capillary effects through the Bond number which controls the initial dynamics of the column. When these effects can be neglected (large Bond number) at the column and grain scales, the interstitial fluid can have a driven or a dissipative role on the granular media leading to a runout length more or less extended in comparison to the dry case. The role of the interstitial fluid depends mainly on its viscosity which also modifies the collapse dynamics. Finally, a preliminary study is realized on the flow dynamics of an initially homogeneous negative buoyant suspension column. This case, which makes the transition between the above mentioned configurations, allows to study the coupling between the settling dynamics of particles and this of the current. In particular, we observe that the settling velocity decreases with the increase of the initial volume fraction of particles

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Mouilleron-Arnould, Hélène. "Instabilité d'un milieu granulaire cisaillé par un fluide". Toulouse 3, 2002. http://www.theses.fr/2002TOU30054.

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Al-Arkawazi, Sherko Ahmad Flamarz. "Modélisation des interactions fluide-milieu granulaire par couplage CFD-DEM, incluant les transferts thermiques". Amiens, 2014. http://www.theses.fr/2014AMIE0116.

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Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à l'étude du comportement hydrodynamique et thermique des lits fluidisés par simulations numériques. Au moyen d'un couplage entre la méthode des éléments discrets (DEM) et la mécanique des fluides numérique (CFD), nous modélisons les interactions entre un fluide et un milieu granulaire. L'interaction est traduite à travers une force de traînée, et l'effet de la concentration locale en particules sur la force de traînée est pris en compte par une fonction de porosité. Les résultats de simulations sur un lit fluidisé sont commentés et comparés à des résultats expérimentaux, notamment en termes de hauteur d'expansion du lit fluidisé. L'influence des coefficients de frottement et de restitution des grains sur le comportement macroscopique du lit est également étudiée. À titre d'exemple, différentes géométries de colonnes de fluidisation sont modélisées. Pour chacune d’elles, les résultats des simulations sont analysés, notamment grâce à un indice de fluidisation. Ces exemples illustrent la possibilité d'optimiser des systèmes complexes d'écoulement granulaires par la méthode de simulation couplée CFD–DEM présentée dans ce travail. Nous avons proposé une approche thermique (conduction-convection) basée sur la méthode des volumes finis pour calculer le transfert de chaleur fluide-particules et particules-particules. Les effets des dissipations par le choc et la friction ont été également pris en compte et analysés. Les résultats des validations montrent que l'approche thermique a été bien intégrée avec le modèle de couplage CFD–DEM, et a prouvé son efficacité qu'il sagisse d'un lit fixe ou fluidisé
In this work, we are interested in the study of hydrodynamic and thermal behavior of fluidized beds by numerical simulations. By means of a coupling between the discrete element method (DEM) and computational fluid mechanics (CFD), we are modeling the interaction between a fluid and a granular medium. The interaction is translated through a drag force, and the effect of local concentration of the particles on the drag force is taken into account by a porosity function. Simulation results on a fluidized bed are discussed and compared with experimental ones, especially in terms of height of expansion of the fluidized bed. The influence of friction and restitution coefficients on the macroscopic behavior of the bed is also studied. For example, different geometries of fluidizing columns are modeled. For each of them, simulation results are analyzed, through a fluidization index. These examples illustrate the ability of the coupling CFD–DEM method presented in this work to optimize complex granular flow. We proposed a thermal approach (conduction-convection) based on the finite volume method to calculate the heat transfer between fluid-particle and particle-particle. The effects of dissipation by shock and friction were also taken into account and analyzed. The validation results depicted that the thermal model has proven its effectiveness whether on a fixed or fluidized bed

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El, Cheikh Khadija. "Etude de l'interface milieu granulaire : paroi rugueuse par approches expérimentale et numérique : application aux bétons". Thesis, Artois, 2015. http://www.theses.fr/2015ARTO0204/document.

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Lors de la mise en oeuvre du béton dans les coffrages ou lors du pompage du béton, une couche, appelée couche limite, constituée d’eau et de fines, se forme près de l’interface. Diverses études ont montré que le frottement à l’interface béton-paroi dépend essentiellement des propriétés rhéologiques de la couche limite, de sa composition et de la rugosité de la paroi. L’objectif principal de cette étude est de comprendre les phénomènes se produisant à l’interface à l’échelle des grains. Toutefois, compte tenu de la complexité de deux corps en contact : couche limite et paroi, le système étudié est simplifié. La complexité du matériau béton a ainsi été simplifiée, en considérant que ce milieu est constitué de grains sphériques monodisperses et sans cohésion. Par ailleurs, la rugosité de la paroi formée en réalité par des aspérités irrégulières, est représentée par des géométries simples. L’étude repose sur l’utilisation de deux modèles, un modèle analogique et un modèle numérique.L’approche analogique est constituée d’un dispositif expérimental monté sur le tribomètre. Le cisaillement s’effectue en déplaçant, une baguette crénelée placée sous un empilement de billes confiné par une masse. Trois baguettes représentant trois rugosités différentes sont utilisées. Les résultats expérimentaux montrent que les conditions à l’interface (vitesse, rugosité, pression) influent sur le frottement et sur les mécanismes à l’interface.L’approche numérique est basée sur la méthode des éléments distincts. La rugosité de la paroi est modélisée par un assemblage de sphères collées sur un plan mobile. Les résultats obtenus montrent une bonne concordance entre les approches numérique et expérimentale. De même, l’étude numérique réalisée en conditions périodiques et pour différentes rugosités montre que les conditions à l’interface influent sur le frottement et sur le comportement du milieu près de l’interface (profils de vitesses, épaisseur de la couche cisaillée, etc.)
When fresh concrete is placed into formworks or during concrete pumping, a layer, called boundary layer, consisting of water and fines, is formed at the interface. Various studies have shown that the friction between the concrete and the wall (form or pipe) is closely linked to the rheological properties of the boundary layer, its composition and the wall roughness. This study aims at understanding the wall-concrete interface phenomena at a grain scale. However, due to the complex nature of the two bodies in contact: boundary layer and wall, a simplified system has been considered. The concrete has been simplified by assuming that it consists of monodispersed spherical grains and without cohesion. Moreover, the irregular asperities of the wall roughness are represented by simple geometries. The study is based on the use of two models, an analog model and a numerical model.The analog approach consists of an experimental device fitted on the tribometer. The test consists in moving rough plates under stacks of confined monodispersed beads. The roughness of the plate is represented by crenels. Three plates representing different roughnesses are used. The experimental results show that the friction and the interface mechanisms are affected by the interface conditions (velocity, roughness, pressure).The numerical approach is based on the Discrete Element Method (DEM). The wall roughness is modeled by an assembly of spheres fixed on a moving plane. The results obtained by numerical simulations compared with those of the analog model show a good confrontation. As well, the numerical study carried out with periodic boundary conditions and for different roughnesses shows that the interface conditions affect the friction and the behavior of the medium near the interface (velocities profiles, thickness of the shear layer, etc.)

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Zhou, Yixian. "Ejection de gaz et de grains suite à la rupture d'un crayon de combustible nucléaire : modélisation de la dynamique". Thesis, Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4731/document.

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En condition accidentelle,le combustible nucléaire d’un réacteur peut entrer en contact avec le fluide caloporteur.Les conséquences de l’interaction qui en résulte sont étudiées par l’IRSN. La violence de l’interaction dépend notamment fortement de la cinétique de cette mise en contact. L’observation expérimentale directe du phénomène étant inenvisageable. Ce travail de thèse a consisté en l’étude de cette dynamique. Nous avons étudié le débit de vidange d’un milieu granulaire monodisperse en fonction de plusieurs paramètres prépondérants (géométrie du réservoir,taille,forme et position de l’orifice,débit gazeux,taille des grains). Ces études ont été réalisées sur un banc expérimental dédié et ont mis en évidence plusieurs lois d’échelle pour le régime stationnaire. En support à l’interprétation de ces expériences, différentes hypothèses de modélisation de l’écoulement (population discrète de particules, rhéologie d’un milieu continu) ont été confrontées aux résultats expérimentaux à l’aide de simulations numériques. Ainsi la loi de dépendance classique du débit de vidange d’un silo avec un orifice en bas a été étendue aux silos avec un orifice latéral notamment en clarifiant les contributions relatives aux dimensions verticale et horizontale. Par ailleurs, il a été établi qu’un écoulement de gaz augmente significativement le débit de vidange du granulaire. Ceci peut être modélisé en prenant en compte le gradient de pression imposé par le gaz sur les grains dans la zone de l’orifice en plus de la gravité. Les éléments fondateurs de la modélisation d’une vidange de grains et de gaz au sein d’un réservoir avec un orifice latéral ont pu ainsi être mis en place
In the hypothetical conditions of a reactivity initiated accident in a nuclear power plant, some of the cylindrical rods, that contain the fuel, could break. If fuel fragmentation occurs, hot fuel particles and pressurized gas could be ejected out of the rod and then interact with the surrounding fluid. The consequences of this interaction are studied by IRSN . The violence of this interaction depends particularly on the discharge rate of the fuel particles. The aim of this thesis, was to study this dynamics. We simulated the fuel particles and gas ejection dynamics by the flow of a dense granular material and a gas from a confined space toward an open space. We focused on the experimental study of the stationary discharge of a silo composed of monodisperse spherical glass beads, with an orifice either lateral or at the bottom of the silo, with or without air flow. The measured parameters were the mass flow rate and the pressure along the silo, whereas the controlled parameters were the size of particles, the size of orifices, and the flow rate of air. To understand the underlying physical mechanism, discrete and continuous numerical simulations were also performed and compared to the experimental results. For the case of a lateral orifice, when the form of the orifice is rectangular, we identified two regimes that depend on the ratio of width to height. For the case with air flow, we found that the flow rate increases significantly with the air flow. We used a simple physical model to describe the grains and gas ejection taking into account the pressure gradient imposed by the fluid on the particles around the orifice

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Benseghier, Zeyd. "Etude numérique de l'érosion d'un matériau granulaire cohésif par un écoulement fluide". Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0579.

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L’érosion constitue le principal risque auquel sont soumis les ouvrages hydrauliques en terre. Il est donc crucial de quantifier l’érodabilité des sols et plusieurs essais d’érosion ont été mis au point dans ce but. Cependant, leurs modèles d’interprétation sont assez simplistes et des incohérences peuvent être constatées. Malgré plusieurs études expérimentales sur le sujet, les mécanismes d’érosion à l’échelle des grains restent encore mal compris. Dans cette thèse, la méthode numérique LBM-DEM a été mise en œuvre afin d’analyser l’érosion à l’échelle du grain. La cohésion du sol est prise en compte par une loi de contact adaptée incluant éventuellement un modèle d’endommagement dépendant du temps. Une parallélisation GPU a permis en outre d’améliorer la vitesse de calcul et l’efficacité du code. Après une analyse préalable d’un jet impactant laminaire 2D, la pertinence du critère classique de Shields pour les échantillons sans cohésion a d’abord été confirmée avant qu’une généralisation de ce critère ne soit proposée pour les sols faiblement cohésifs avec un accord très satisfaisant. Enfin, le modèle d’interprétation classique de l’essai JET a été adapté à notre problématique afin d’analyser et discuter de façon critique les paramètres d’érodabilité. Enfin, une configuration mieux contrôlée d’écoulement tangentiel à contrainte de cisaillement constante a été étudié, permettant de suggérer une loi de puissance, et non linéaire, pour décrire l’érosion à l’échelle de l’échantillon. Une étude paramétrique sur la cohésion inter-particulaire et la taille des grains a finalement été menée, afin d’examiner le lien entre les paramètres micro et macro
Hydraulic earthworks are frequently subjected to erosion-induced failure as reported in the literature. Accordingly, several erosion tests have emerged to quantify soil’s erodibility. However, they are based on simplified interpretation models and may lead to some inconsistencies. Despite several experimental investigations on the subject, there is still a lack of understanding of the erosion mechanisms taking place at the grain level. To this end, the LBM-DEM method is used in the present study to analyze numerically the erosion phenomena at the grain scale, with the addition of a cohesion model, including a time-dependent damage law. The computational speed and the efficiency of the code was significantly improved here using GPUs parallelization techniques. Next, after a preliminary analysis of 2D laminar impinging jet flow, the relevance of the classical Shields criterion for cohesion-less samples was first recovered, followed by a proposed generalization of this criterion for weakly cohesive soils with satisfactory agreement. Lastly, an adaptation of the classical JET interpretation model was proposed to our 2D laminar problematic and the erodibility parameters were subsequently quantified and critically discussed. Finally, a constant shear-driven fluid flow configuration at the upper surface of a sample was alternatively studied. A power law function was found to be best suited than the usual linear relation to account for the erosion law at sample scale. A parametric study on inter-particle cohesion and grain size was next performed to investigate the link between micro and macro parameters

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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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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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Marano, Aldo. "Simulation numérique de la localisation intra granulaire de la déformation au sein de polycristaux irradiés". Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEM041.

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Les polycristaux irradiés sont connus pour être le siège d’une intense localisation de la déformation plastique à l’échelle du grain, causant une diminution de leur ductilité ainsi qu’une sensibilité accrue à la corrosion sous contrainte. Cette thèse met à profit les performances offertes par le développement des solveurs FFT massivement parallèles pour améliorer la modélisation de ce phénomène crucial. Nous avons mis au point des méthodes de traitement permettant l’analyse systématique de la nature des bandes de localisation, ainsi que leur caractérisation quantitative, à partir des champs issus de la simulation haute résolution de cellules polycristallines. Elles ont permis de mettre en évidence les limites fondamentales de la plasticité cristalline classique, fondement des modèles de métaux irradiés actuels, quant à la prédiction des modes de localisation intra granulaire du glissement plastique. Pour y remédier, nous avons étudié en détail les prévisions analytiques et numériques d’un modèle de plasticité à gradient, en étendant l’implémentation du solveur AMITEX_FFTP à la résolution de problèmes non locaux. Nous avons pu montrer qu’il constitue un cadre prometteur pour une modélisation physiquement fidèle des modes de localisation intra-granulaires dans les polycristaux adoucissants, donc a fortiori pour les métaux irradiés. Par ailleurs, nous avons également abordé ce problème par la modélisation explicite des bandes de glissement. Nous avons amélioré ses performances grâce au développement de modèles de voxels composites génériques, et montré que cette approche constitue une alternative efficace pour simuler les conséquences de la localisation de la déformation, comme la modification de la distribution de contraintes aux joints de grains, ou l’augmentation de l’écrouissage cinématique
Irradiated polycrystals are known to exhibit an intense localization of plastic deformation at the grain scale, responsible for a severe loss of ductility and increased sensitivity to intergranular stress corrosion cracking. This thesis takes advantage of the performances offered by the recent progresses of highly parallel FFT-based solvers, to improve the modeling of this crucial phenomenon. We developed field processing methods to produce a systematic analysis of the nature and quantitative characterization of localization bands, from high resolution polycrystalline simulation results. They allowed to evidence a fundamental shortcoming of classical crystal plasticity, cornerstone of all irradiated metals models, in the prediction of intragranular localization modes. To overcome this issue, we extended the scope of our FFT solver, AMITEX_FFTP, to nonlocal mechanics. We used it to extensively study the analytical and numerical predictions of a strain gradient plasticity model, showing that it is a promising way to achieve an accurate modeling of plastic slip localization modes in softening polycrystals, and a fortiori for irradiated metals. Additionally, we explored the explicit modeling of slip bands with FFT-based solvers. We developed generic composite voxel models allowing to strongly reduce its computational cost. We show that this approach provides an efficient way to simulate the consequences of strain localization, such as the evolution of the grain boundary stress distribution or the increased kinematic hardening

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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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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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Hamidi, Mohamed Salim. "Direct numerical simulations of flow in dense fluid-particle systems". Electronic Thesis or Diss., Perpignan, 2024. http://www.theses.fr/2024PERP0004.

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Les écoulements de fluide particules jouent un rôle important dans une variété d’applications industrielles, particulièrement dans le contexte des centrales solaires à concentration de troisième génération, où ils peuvent être utilisés à la fois comme fluide caloporteur et moyen de stockage thermique. Cependant, l’étude de ces écoulements présente des défis considérables en raison de la complexité des interactions multi-échelles qui les régissent. La simulation numérique, et en particulier les méthodes de Simulation Numérique Directe (DNS) où la résolution est inférieure au diamètre des particules, émerge comme un outil prometteur pour mieux comprendre ces écoulements. L’augmentation des moyens de calcul et la performance des algorithmes numériques ont rendu les simulations de lits fluidisés avec particules résolues de plus en plus réalisablespour des études à des échelles représentatives. Dans cette thèse, nous présentons une méthode numérique basée sur la formulation mono-fluide. Cette méthode combine la méthode de suivi de front avec la méthode de pénalisation visqueuse pour simuler les comportements des écoulements particulaires. La méthode de suivi de front utilise un système de maillage double. Ce système suit efficacement les interfaces solides en mouvement, représentées par un maillage mobile, à travers une grille de simulation fixe, garantissant ainsi la précision dans la représentation des mouvements des particules. La méthode de pénalisation visqueuse, quant à elle, joue un rôle essentiel pour assurer la condition de non-déformation à l’intérieur des particules. Cela est réalisé en traitant le fluide à l’intérieur des particules comme un milieu extrêmement visqueux, permettantainsi à la simulation de reproduire de manière réaliste le comportement des particules solides dans diverses conditions. Pour les interactions à courte distance entre les particules, un modèle de collision combiné est utilisé. Ce modèle prend habilementen compte à la fois la dissipation visqueuse et la dissipation solide, principalement dues aux effets de lubrification et aux contacts inélastiques entre les particules, respectivement. L’approche nuancée de ce modèle permet des simulations plus naturelles des interactions entre particules, réduisant le nombre de paramètres numériques à utiliser dans le modèle. L’algorithme résultant est implémenté dans TrioCFD un code open-source conçu pour le calcul parallèle massif. La précision et la fiabilité du code de simulation ont été testées contre des références bien établies dans la littérature. De plus,la thèse inclut une simulation paramétrique d’un lit fluidisé à l’échelle de laboratoire, comparant la précision de l’algorithme aux résultats expérimentaux et numériques. Ces comparaisons démontrent que l’algorithme proposé reproduit correctement lesréférences établies
Fluid particle flows hold significant importance in a variety of industrial applications, particularly in the context of third-generation concentrated solar power plants, where they can be used as both a heat transfer fluid and a storage medium. However, studying these flows presents considerable challenges due to the complex multiscale interactions governing them. Numerical simulation, particularly Direct Numerical Simulation (DNS) methods where the resolution is smaller than the particle diameter, emerges as a promising tool for better understanding these flows and aiding in the design of pilot-scale industrial applications. The increase in computational capabilities and the performance of numerical algorithms has made the particle resolved simulations of fluidized beds increasingly feasible for representative studies.In this thesis, we present a numerical method based on the one-fluid formulation. This method combines the front tracking method with the viscous penalty method to simulate fluid particle flow behaviors. The front tracking method employs a dual mesh system. This system effectively tracks the moving solid interfaces, represented as a moving mesh, across a fixed simulation grid, ensuring accuracy in representing the particle movements. The viscous penalty method, on the other hand, plays a pivotal role in ensuring the fidelity of rigid body motion within the particles. This is achieved by treating the fluid within the particles as an extremely viscous medium, thereby enabling the simulation to realistically mimic the behavior of fluid particles under various conditions.For short-term interactions between particles, a combined collision model is used. This model adeptly accounts for both viscous dissipation and solid dissipation, primarily due to lubrication effects and inelastic contacts between particles, respectively. The nuanced approach of this model allows for more natural simulations of particle interactions, reducing the reliance on arbitrary numerical parameters often seen in other models cited in the literature. The algorithm is implemented in TrioCFD an open-source framework designed for massively parallel computing.The accuracy and reliability of the simulation code were rigorously tested against well-established benchmarks in the literature. Furthermore, the thesis includes a parametric simulation of a lab-scale fluidized bed, comparing the accuracy of the algorithm against both experimental and numerical results. These comparisons demonstrate that the proposed algorithm aligns well with established benchmarks and exhibits good accuracy in its predictions

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Ktari, Mohamed. "Contribution à la détermination des caractéristiques mécaniques des sols aux faibles déformations en régime dynamique". Paris 6, 1986. http://www.theses.fr/1986PA066512.

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Khairallah, Diana. "Analyse et modélisation du comportement mécanique de structures de voies ferrées avec sous-couche bitumineuse : Instrumentation de la ligne à grande vitesse Bretagne – Pays de la Loire". Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2019. http://www.theses.fr/2019ECDN0026/document.

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Pour améliorer la durabilité des voies ferrées, il a été introduit sur la LGV BPL (Bretagne- Pays de Loire), une couche bitumineuse sous ballast, destinée entre autre à diminuer l’amplitude des accélérations produites par le passage des TGV, ce qui est une cause majeure du tassement de ballast. Afin d'étudier les réponses dynamiques des différentes structures, trois sections avec sous couche bitumineuse, et une section avec sous couche granulaire de la voie BPL ont fait l’objet d’une instrumentation, avec suivi à distance des mesures. L’objectif de ce travail de thèse est d’analyser et de modéliser la réponse des sections instrumentées, et de comparer leur comportement durant la phase de montée en vitesse puis durant la phase d’exploitation commerciale. Les résultats ont indiqué un bon comportement des sections bitumineuses. La comparaison des accélérations obtenues sur les différentes sections a confirmé l’effet positif de la couche bitumineuse sur la stabilité de la voie. Sur la base des mesures de la phase de montée en vitesse, des modélisations de la réponse mécanique des sections de la LGV BPL à l’aide du logiciel ViscoRail ont confirmé la fiabilité du logiciel à reproduire le comportement mécanique des structures. Les mesures de température, de teneur en eau, et de tassements verticaux ont également confirmé le bon comportement saisonnier des structures bitumineuses. Enfin, une extension de ViscoRail est mise en place, pour comparer l’effet de différents types de semelles sous rail, linéaire et non linéaire, sur la réponse de la voie
To improve railways durability, it has been introduced on the HSL BPL (Bretagne-Pays de Loire), a bituminous layer under ballast, intended among other things to reduce the amplitude of the accelerations produced by highspeed trains circulations, which is a major cause of ballast settlement. In order to study the dynamic responses of the different structures, three sections with bituminous underlayment, and a section with a granular sub-layer of BPL track were instrumented. Measurements are monitored remotely. The objective of this thesis is to analyze and model the response of the instrumented sections, and to compare their behavior during the speed up phase and during the commercial service phase. The results indicated good behavior of bituminous sections. The comparison of the accelerations obtained on different sections confirmed the positive effect of the asphalt concrete layer on the stability of the track. Based on the speed up phase measurements, modeling the mechanical response of the various HSL sections using ViscoRail has confirmed the software’s reliability to reproduce the mechanical behavior of railway structures. Temperature measurements, water content and vertical settlements have also confirmed the good seasonal behavior of bituminous structures. Finally, an extension of ViscoRail is put in place, to compare the influence of different types of rail pads, linear and nonlinear, on the response of the track

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Gbaguidi, Victor. "Études expérimentales et théoriques du comportement de matériaux granulaires calcaires". Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1993. http://www.theses.fr/1993INPL126N.

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L'étude expérimentale et théorique du comportement de matériaux granulaires calcaires, développée dans notre mémoire, s'inscrit dans le cadre de la mise en œuvre de moyens spécifiques : expérimentaux, théoriques et numériques pour la caractérisation des milieux granulaires en général. La première partie est consacrée à l'étude bibliographique. L'étude expérimentale ; objet de la deuxième partie, a été menée sur la base des essais triaxiaux de compression. Les résultats sont alors exploités a l'aide de modèles classiques de mécanique des sols, et plus particulièrement à l'aide du concept de l'état caractéristique. Ce concept met clairement en évidence, la phase contractante ou de dilatance du matériau et le seuil de l'état caractéristique. Les résultats obtenus sont exploités dans le chapitre III et participent a la caractérisation du comportement des granulats utilisés dans les couches de chaussée (grave non traitée). Les différents modèles développés, permettent l'analyse des déflexions en surface et la détermination de l'état de contrainte sous charge statique, dans les chaussées à structure classique. L'étude comparative et la validation des modèles numériques, permet d'établir que les modèles de Boyce et de Wilde conviennent parfaitement pour traduire le comportement statique. Dans un développement futur, il sera nécessaire de tester le matériau non traité et le matériau lié a l'aide de ces modèles dans le cas de sollicitations cycliques

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Blaj, Octavian. "Comment coule une pâte granulaire ? : études des composantes primaire et secondaire et des fluctuations de l’écoulement". Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14591/document.

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Une « boue » est constituée de particules submillimétriques immergées dans un fluide. Nous étudions des boues concentrées (ou « pâtes granulaires »), où la concentration en particules est proche du maximum réalisable. Les particules peuvent être plus denses que le fluide, et sédimenter, ou être équilibrées en densité. Ces deux cas sont examinés, à l’aide d’une boue modèle. Nous étudions les écoulements de ces boues dans une cellule de Couette. Les expériences utilisent des méthodes innovantes, permettant de mesurer les vitesses des grains individuellement et collectivement, et les profils de concentration sous cisaillement. Les expériences apportent des informations nouvelles sur les écoulements, comme l’existence de courants de re-circulation. Les résultats sur les vitesses azimutales et concentrations sont en accord avec la théorie de Morris et Boulay d’équilibre des forces normales, pour un rapport convenable des coefficients viscométriques des forces tangentielle et normales
Wet granular materials are made of solid particles in high concentration, immersed in a viscous fluid. We investigated particle dynamics in a model granular suspension in Couette geometry, at low Reynolds/Taylor numbers for density and non density matched suspension. We used innovated techniques such as: Single Particle Tracking (SPT), Multi Particles Video Trajectography (MPVT) and Concentration Photometry (CP). These experiments allow us to provide information about single and collective motion of grains as well as particle repartition (local volume fraction). We investigated fully 3D velocity profiles in concentrated suspensions, diffusion coefficients, particle fluctuations and recirculation motion, also differential flows. We observe that the flow of non density matched suspensions is localized near the inner cylinder in the low shear rate regime, resulting in a sheared layer only a few particle diameters in thickness, in a way very similar to sheared dry granular materials. At high enough angular velocity, the initially localized flow crosses over to full fluidization: in this regime the granular suspension nearly behaves as a density-matched suspension. Dependence between particles’ velocity and associated fluctuation amplitude is evidenced. Experiments as velocity and concentration profiles were compared with theoretical prediction based on the force balance model and different viscometric laws were investigated for normal and shear forces

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Stasiak, Marta. "Compression uniaxiale d'un matériau granulaire fragile très compressible - une étude par éléments discrets 3D". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAI041/document.

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L’Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (l’Andra) en France propose un nouveau type de voussoirs de tunnel pour les ouvrages très profonds. Pour éviter des segments de tunnel trop épais, ils proposent d’intégrer une couche de matériau granulaire sur l’extrados d’un voussoir moins épais. Cette approche prétend utiliser la grande compressilibité de la couche granulaire constituée de particules broyables et les transferts de charge interne au matériau granulaire pour réduire l’épaisseur du voussoir tout en gardant des performances mécaniques importantes. Un segment de tunnel avec une telle conception est appelé un VMC monobloc compressible (brevet en instance de l’Andra & CMC). Il s’agit d’un nouveau type de revêtement de tunnel particulièrement innovant.Cette thèse est consacrée à la création d’un modèle numérique capable de reproduire le comportement mécanique d’un couche granulaire très compressible à l’aide de la méthode aux éléments discrets (DEM) en 3D. Le milieu granulaire est constitué de particules d’argile cylindriques creuses appelées textitcoques. Chaque coque est un tube de 2 cm de long avec un diamètre de 2 cm. La faible épaisseur de la coque cylindrique la rend essentiellement constituée de vide entourée d’une fine couche d’argile. Dans le modèle, un cluster sécable (la coque) est généré à l’aide de clumps sphéro-polyédriques allon- gées . Ces clumps, appelés secteurs, sont associés entre eux en utilisant deux lois de contact adhésives. Si la combinaison des forces de contact normales et tangentielles satisfait un critère de charge spécifique, la coque se casse au niveau de l’interface entre les deux secteurs. L’outil DEM Rockable mis au point pour cette recherche peut fonctionner sur ces particules fragiles. Les propriétés mécaniques des coques, composé de 12 à 24 secteurs, sont ajustées à l’aide d’essais de compression radiale uniaxiale (verticale). Les expériences à l’échelle du grain sur les coques en argile cuite ont servi de référence. Nous avons déterminé la plage réelle de rupture et sa distribution statistique (Weibull). Les paramètres numériques et mécanique ainsi obtenus ont été validés avec succès dans le cas de la compression radiale d’une coque contrainte latéralement.Dans un premier temps, l’étude des assemblages de coques porte sur la caractérisation expérimen- tale des échantillons avec un controle sur les variables d’état initiales telles que la densité et l’orienta- tions des coques. La reconstruction 3D à partir de tomographies à rayons X d’échantillons de coques carottés dans l’extrados d’un voussoir nous a permis de caractériser l’anisotropie de l’orientation des particules. Il s’agit là d’une information précieuse pour la génération d’échantillons numériques ayant les caractéristiques initiales pertinentes. Deuxièmement, des simulations DEM de compressions oedo- métriques sur des échantillons de ⟨2 000⟩ coques sont réalisées. Une étude paramétrique permet de mettre en évidence le rôle des variables d’état initiales. Un ensemble bien choisi de variables initiales et des paramètres DEM correctement adaptés permettent d’obtenir des simulations prédictives pertinentes pour une comparaison avec les expériences de laboratoire. Une analyse micro-mécanique de l’effet de la proportion des grains cassés sur les contraintes locales exercées sur les coques (et les fragments) est effectuée. Il est observé que la rupture des coques entraîné une compressibilité élevée du matériau. Par conséquent, la réponse mécanique en déformation est considérée comme une conséquence directe de l’évolution de la rupture des particules. Pour finir, un modèle analytique de prédiction de la re- lation Contrainte↔Déformation est proposé dans le cas de la compression oedométrique. Ce modèle prédictif tient compte des variables internes du milieu granulaire comme la résistance mécanique en compression des coques
The National Agency for Radioactive Waste Management (FR Andra) in France suggested a new way to design a tunnel lining, especially, beneficial in the case of very deep tunnels. To avoid very thick tunnel segments, they propose to integrate a layer of granular material on the extrados of the thinner lining. This approach takes the advantages of the compressible capacity of the crushable particles and the load transfer in the granular material. A tunnel segment with such design is called a Mono-block Compressible Arch-segment VMC (Andra’s & CMC’s pending patent) and is an innovative new type of tunnel linings.This PhD dissertation is dedicated to the creation of a numerical model capable of reproducing the mechanical behaviour of this compressible granular layer using 3D Discrete Element Method (DEM). The granular packing is made of the brittle hollow coarse-size cylindrical particles, called shells. Each shell is a 2 cm long tube with a diameter of 2 cm. Its small thickness makes the cylindrical shell mainly made of void surrounded by a thin layer of clay. In the model, a breakable cluster (shell) is generated using sphero-polyhedral elongated clumps. These clumps, called sectors, are glued together using two adhesive contact force laws. If the combination of the normal and tangential contact forces exceeds a suitable failure criterion, a de-clustering of the shell (breakage) occurs. The DEM tool Rockable devel- oped for this research can operate on such crushable particles. The mechanical properties of the shell model, composed of 12 to 24 sectors, are adjusted in the case of a uniaxial (vertical) radial compres- sion of shells. The preceding grain-scale experiments on the true shells made of baked clay serve as a reference. We determine the true range of the failure tensile load and its statistical Weibull distribu- tion. The user-specified parameters is then successfully validated in the case of radial compression of a horizontally constrained shell.Firstly, the macroscopic study of shell assemblies focuses on the experimental characterisation of the samples with a control of the initial state variables like a number density and a spatial arrangement of shells (shells orientations). 3D reconstruction from X-ray tomographies of the original coated shells samples extracted from the extrados of a tunnel segment help us to characterise the anisotropy of the shells orientation. This is a piece of valuable information to the generation the numerical samples of shells with relevant initial features. Secondly, a series of DEM oedometric tests on ⟨1 000 : 2 000⟩ shells is simulated. A parametric study successfully leads to the understanding of each internal state variable role. A well-chosen set of initial variables with properly adapted DEM parameters give the relevant predictive simulations for a final comparison with the experimental oedometer tests. Thanks to a discrete insight into the micromechanics, the evolutions of the breakage level, the orientation anisotropy and the local stresses exerted on the shells (and/or the fragments) are quantified during the compression. The breakage of the shells result in high compressibility of the material. Therefore, the mechanical response is seen as a consequence of the breakage evolution. Finally, an analytical model is suggested in order to predict the Stress↔Void ratio relationship knowing the initial state of the sample and the tensile strength of the constituents: the shells

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Jambon-Puillet, Etienne. "Membranes plissées à la surface de l'eau : des films élastiques aux radeaux granulaires". Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066369/document.

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Cette thèse porte sur le flambement d'une interface chargée en particules: une monocouche de grains denses et athermaux à une interface liquide-fluide plane que l'on appelle radeau granulaire. Ces radeaux se rident et se plient lorsqu'ils sont compressés comme des films élastiques. Nous étudions cette instabilité de flambement expérimentalement et théoriquement dans ces deux systèmes dans le cadre de la mécanique des milieux continus. Nous commençons par examiner les plis dans des films élastiques denses. Nous soulignons l'influence du poids du film dans la formation du pli. Puis nous explorons le régime des très grandes déformations, après que le film soit entré en contact avec lui-même. Suivant la densité du film, le pli se replie vers l'interface ou s'enfonce vers le fond de la cuve. Ensuite nous étudions les rides et les plis dans les radeaux granulaires compressés uniaxialement. A mesure que la compression augmente, nous observons deux motifs de ride distincts, puis la déformation se localise en un unique pli. Nous prédisons la forme et la taille des plis avec un modèle élastique résolu numériquement. Nous insistons sur les limitations de ce modèle et montrons que le caractère granulaire de ces radeaux n'est pas toujours négligeable. Enfin, nous déposons des gouttes d'eau à la surface des radeaux. Lorsque les particules sont hydrophobes et suffisamment grandes, elles capturent un film d'huile qui sépare la goutte du bain et empêche la coalescence. Puis nous modifions la taille de ces gouttes qui prennent des formes inhabituelles. Ces gouttes peuvent ensuite être encapsulées dans une fine couche de particules et d'huile conduisant à des gouttes d'eau dans l'eau
This thesis is concerned with the buckling of a model particle laden interface: a monolayer of dense, athermal particles at a planar liquid-fluid interface that we call a granular raft. Under compression granular rafts wrinkle and fold like elastic sheets. We investigate this buckling instability experimentally and theoretically for these two systems under the continuum mechanics framework. We first look at folds in custom made dense floating elastic sheets. We highlight the influence of the sheet's own weight in the fold formation and shape. Then we explore the regime of very large deformations, after the sheet contacts itself. Depending on the sheet density, the fold in self-contact either bends back toward the interface or sinks down toward the bottom of the tank. We then look at wrinkles and folds in granular rafts. Our experimental apparatus allows us to compress the rafts uniaxially and extract their morphology. As compression increases, we observe two distinct wrinkling patterns, then the deformations localise in a unique fold. We develop an elastic model that we solve numerically to predict the fold shape and size. We then highlight the limitations of the model and show that the granular nature of these rafts cannot always be neglected. Finally, we deposit water droplets on top of granular rafts. If the particles are hydrophobic and large enough, the raft can inhibit coalescence indefinitely via particle bridging. When we vary the size of these floating drops, they take unusual shapes which depend on the raft properties. These drops can then be encapsulated in a thin composite oil-particle layer leading to water droplets in water

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Debœuf, Stéphanie. "Transitions et coexistence solide-liquide dans les matériaux granulaires". Paris, Institut de physique du globe, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00202523.

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Teses / dissertações sobre o tema "Mécanique granulaire"

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