CE30 - Physique de la matière condensée et de la matière diluée

Dynamique d’écoulements de milieux granulaires microscopiques – MicroGraM

Résumé de soumission

L’étude des suspensions granulaires et colloïdales partagent certaines similitudes : les deux systèmes sont constitués d’un ensemble de particules indépendantes (grains ou colloïdes) dispersées dans un liquide. Malgré cela, ces deux champs disciplinaires sont largement découplés dans leurs approches scientifiques, en raison de la différence d'échelle qui sépare les deux systèmes (macroscopique pour les granulaire et microscopique pour les colloïdes). En effet, les systèmes granulaires sont toujours considérés dans la limite athermique, où l’agitation Brownienne est complètement négligeable. À l’inverse, les suspensions colloïdales sont souvent considérées dans des régimes fortement thermique (où l’agitation Brownienne domine toutes les autres forces) ou très dilués. C’est pourquoi le régime intermédiaire où les forces de contact et l’agitation thermique jouent simultanément un rôle important reste encore largement à explorer.

Ce projet expérimental vise à étudier les dynamiques d’avalanches de suspensions Browniennes denses, à la frontière entre milieux granulaires et systèmes colloïdaux, dans le but de comparer leurs propriétés d’écoulements à celles de systèmes macroscopiques soumis à des perturbations extérieures.

Les expériences seront menées à l’aide de dispositifs microfluidiques observés dans un système de vidéo-microscopie horizontal (dont le plan d’observation contient le vecteur gravité) qui sera spécialement développé pour le projet.

Le projet vise principalement à remplir les trois objectifs scientifiques suivants :
1) Comprendre les propriétés d’écoulement de suspensions Browniennes denses à différentes échelles, à l’aide d’expériences de tambours tournants. En particulier, étudier la transition entre les régimes thermique et athermique pour des écoulements en sommet de tas, et étudier les réarrangements de grains qui peuvent avoir lieu au sein d’un tas lorsque celui-ci s’écoule.
2) Identifier l’influence de paramètres extérieurs, connus pour être pertinents dans l’étude de systèmes macroscopiques, sur l’écoulement de milieux granulaires Browniens. En particulier, étudier le rôle des interactions frictionnelles entre les surfaces des particules, et le rôle de la polydispersité sur les propriétés de la suspension.
3) Utiliser le système microscopique, uniquement soumis aux fluctuations thermiques, comme un système de référence pour appréhender les comportements observés dans des systèmes macroscopiques soumis à des perturbations extérieures. En particulier, essayer de reproduire des expériences classiques de systèmes granulaires pour comparer l'effet de l'agitation thermique à celui d'autres sources de forçage, afin de pouvoir identifier si ces perturbations peuvent ou non être assimilées à des « températures effectives ».

Coordination du projet

Antoine Bérut (INSTITUT LUMIERE MATIERE)

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

ILM INSTITUT LUMIERE MATIERE

Aide de l'ANR 188 384 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2021 - 48 Mois

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