– GranCap

Bien que les milieux granulaires puissent présenter des propriétés analogues aux états « gazeux », « liquide » ou « solide », on leur associe aujourd'hui une dynamique complexe inédite. Une telle complexité est essentiellement due à la nature intrinsèquement "hors équilibre" de ces fluides. Ainsi, et contrairement à leurs homologues moléculaires, l'agitation moléculaire ne joue aucun rôle et les processus de "thermalisation" se font par des biais totalement nouveaux. Bien que de nombreux travaux mettent en avant la pertinence des approches héritées des théories cinétiques, les interactions inter-particulaires induites par l'inélasticité des collisions et la friction entre grains continuent de poser de sérieux problèmes à une description en termes de continuum hydrodynamique. Ainsi, les milieux granulaires peuvent présenter de nombreuses propriétés collectives étonnantes (phénomènes de ségrégation, de « clustering », de formation de patterns, onde de chocs et turbulence). Omniprésents dans l?industrie, les milieux granulaires sont au c?ur d?enjeux économiques très importants. En effet, à un niveau mondial, la quantité de granulaires traitée, acheminée ou stockée chaque année est de l?ordre de la dizaine de milliards de tonnes. Que se soit dans le domaine énergétique, des matériaux de construction, des industries pharmaceutiques ou agroalimentaires, de nombreux problèmes d?origine physique sont régulièrement rencontrés dès qu?il s?agit de stocker, de transporter par le biais d?écoulements, ou de mélanger des milieux granulaires. Ainsi, des problèmes de blocages et d?intermittence de l?écoulement sont régulièrement rencontrés lors de la vidange de silos. Cet effet est attribué à la formation de chaînes de forces. D?autre part, il reste aujourd?hui difficile de contrôler parfaitement et d?optimiser le mélange de grains de tailles et de nature très différentes bien que cela reste primordial dans de nombreux procédés industriels: on parle alors de problèmes de ségrégation. Dans un contexte géophysique, la formation de rides ou de dunes continue d?intriguer les scientifiques. Plusieurs questions se posent quant à leur formation, leur évolution et leur stabilité d?autant plus que ces structures sont au centre de préoccupations humaines importantes. La vaste majorité de nos connaissances sur cet état de la matière si singulier provient d?expériences modèles investiguant les propriétés de volume de ces matériaux. Cependant, très peu d?efforts ont été consacrés à leurs propriétés interfaciales. Dans le cas des fluides moléculaires, la compréhension des phénomènes de surface a été extrêmement féconde. Elle a donné lieu à l?élaboration de concepts fondamentaux tels que la tension de surface, les fluctuations capillaires, les instabilités interfaciales et le couplage entre fluctuations de surface et phénomènes critiques en volume. Notre projet se propose d?étudier les propriétés d?interfaces granulaires, frontières délimitant régions dilués et régions denses, en régime d?écoulement. Ce projet ambitionne de mettre en lumière de nouvelles propriétés des milieux granulaires étant donné que les interactions entre grains, les interactions avec le milieu environnant et le rôle des fluctuations de vitesse sont intimement liés aux propriétés de l?interface. En d?autres termes, sonder et analyser les propriétés d?interface granulaires peut être au c?ur de la compréhension de leur comportement si singulier. Une analyse fine le surface d?un jet granulaire en chute libre montre que son interface peut être le siège d?importantes fluctuations. Ces fluctuations d?interfaces qui sont advectées par l?écoulement moyen semblent similaires aux fluctuations de type capillaires connues pour les liquides. La compréhension des propriétés de ces interfaces demeure un enjeu majeur. En effet, bien que la notion de tension de surface ait été évoquée dans quelques rares occasions dans le cas des milieux granulaires, très peu d?études se sont portées sur les propriétés capillaires des milieux granulaires en écoulement. Des questions pertinentes qui apparaissent naturellement sont : Est-ce que ces interfaces sont associées à une tension de surface? Comment mesurer ces effets? Quels sont les mécanismes physiques en ?uvre étant donné que les interactions moléculaires (à l?origine des propriétés capillaires des fluides moléculaires) sont négligeables dans de tels systèmes? Peut-on observer l?instabilité de grandes longueurs d?ondes de Rayleigh-Plateau? Que se passe aux plus petites échelles et est ce que la tension de surface peut dépendre de l?échelle comment récemment observé pour des liquides moléculaires? Quel est le rôle du fluide environnant ? Bien que le concept de capillarité soit incontournable dans la description des systèmes multiphasiques moléculaires en termes de « milieu continus », la capillarité granulaire est toujours dans l?attente d?une compréhension plus aboutie.