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Dynamique des milieux granulaires: de l'échelle microscopique aux effets collectifs à l'échelle macroscopique – MICMACGRAINS

Résumé de soumission

Les matériaux granulaires sont largement utilisés dans les processus industriels; Les écoulements granulaires sont présents dans la manipulation de matériaux bruts dans l?industrie pharmaceutique ou minière et dans l?agriculture, par exemple. La quantité de matière granulaire traitée, transportée ou stockée est de l?ordre de 10 milliards de tonnes par an. Malheureusement, des effets indésirables tels l?obstruction de conduits ou le blocage de buses sont monnaie courante ce qui augmente les coûts de production. Pire, à cause d?effets similaires, des évènements catastrophiques se sont déjà produits dans les mines: Ils entraînent non seulement des pertes considérables mais constituent aussi des risques inacceptables pour les personnes y travaillant. Le caractère imprévisible des ces évènements est en partie lié à l?absence de description adéquate des seuils et des larges fluctuations qui apparaissent dans les écoulements. En raison de leur importance pratique, le comportement des matériaux granulaires a suscité une activité de recherche intense. Un grand nombre de phénomènes intéressants a été observé dans ce domaine, que ce soit les ondes de surfaces, les ondes de choc, la ségrégation en taille, la propagation du son, la propagation et les fluctuations des contraintes. Par la modification de théories cinétiques, des progrès importants ont été faits dans la description des matériaux granulaires dilués. Ces théories se sont montrées à même de décrire correctement les écoulements rapides. Cependant, la plupart de écoulements rencontrés dans l?industrie sont plutôt lents et denses, conditions dans lesquelles les conditions théoriques ne sont généralement pas remplies. Cette conclusion a motivé des efforts destinés à déterminer des lois basées sur des modèles continus inspirés de théories de la plasticité. L?idée principale est que, à l?échelle des grains, les interactions grain-grain et grain-paroi génèrent un réseau de force de contact qui transmet les contraintes externes à l?intérieur du matériau et joue un rôle fondamental dans les propriétés du matériau observées. Ainsi, le réseau de force est responsable du comportement de la pression interne et peut-être considéré comme le mécanisme gouvernant les écoulements dans les buses. Des expériences récentes ont aussi montré que la structure de ce réseau de force dépend fortement des forces externes appliquées : Si le matériau est soumis à une compression isotrope les interactions sont à courte portée dans toutes les directions. Inversement, si le matériau est soumis à un cisaillement pur, les corrélations sont à longue portée dans la direction des chaînes de force. Ainsi le comportement du matériau dépendant de la force extérieure appliquée, ces expériences suggèrent une relation intime entre le comportement mécanique et la distribution des forces internes. En résumé, les situations complexes rencontrées dans les systèmes modèles ou dans les cas pratiques suggèrent qu?une description plus fidèle doit aller au delà de la prise en compte de quantités moyennes et qu?un effort expérimental supplémentaire est nécessaire pour capturer les lien entre la structure interne et le comportement macroscopique du matériau. La propagation du son dans un matériau granulaire étant très sensible à la structure du réseau de force et une onde mécanique étant, par ailleurs, capable de déclencher un évènement catastrophique, nous proposons d?obtenir des informations à partir de mesures acoustiques. La propagation du son a été utilisée pour étudier un grand nombre de propriétés dans les matériaux complexes. Cependant, peu de travaux ont été consacrés à évaluer les changements microstructuraux à l?intérieur des matériaux granulaires. D?une part, nous considèrerons les émissions acoustiques spontanées associées à la rupture et aux écoulements lents. D?autre part, nous étudierons les effets de perturbations mécaniques sur la stabilité des empilements. Par ailleurs, nous évaluerons le rôle joué par la friction et le couplage avec l?environnement dans la propagation d?ondes mécaniques le long des chaînes de force qui apparaissent dans ces systèmes hétérogènes sous contrainte. Le projet est particulièrement prometteur car il implique 3 partenaires, 2 Français et un Chilien, qui ont des intérêts communs pour ce sujet, qui ont une expérience pratique du travail en commun et qui étudierons, avec efficacité, des aspects complémentaires des propriétés mécaniques des matériaux granulaires de l?échelle microscopique à l?échelle macroscopique.

Coordination du projet

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 0 euros
Début et durée du projet scientifique : - 0 Mois

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