Dynamique d’avalanches granulaires
Avec Stéphane Douady et Bruno Andreotti (→ Publications sur les écoulements granulaires)
Ma thèse de doctorat a porté sur la Dynamique des Avalanches, c’est-à -dire la dynamique d’écoulements granulaires de faible profondeur. Effectuée au Laboratoire de Physique Statistique de l’ENS sous la direction de Stéphane Douady.
Un milieu granulaire peut rester au repos même avec une surface libre inclinée, et il ne se met spontanément en mouvement qu’au dessus d’un angle critique. Il apparaît alors un écoulement de surface dont l’amplitude et la dynamique sont régies par la mobilisation et le dépôt de grains à l’interface avec la phase statique. Importante non seulement pour comprendre la dynamique d’une avalanche, mais aussi pour le transport et le traitement de granulaires en industrie, la physique de cette transition demeure mal comprise. J’ai effectué pendant ma thèse une étude expérimentale de ce problème dans deux géométries d’écoulements granulaires différentes.
Dans la première expérience, l’équilibre d’une couche de sable déposée dynamiquement sur un plan rugueux est rendu métastable: après avoir augmenté l’inclinaison du plan, une perturbation locale déclenche une avalanche. La mesure du seuil de déclenchement montre que la transition entre équilibre statique et écoulement est sous-critique.
Une fois qu’une avalanche est déclenchée, sa masse et sa vitesse peuvent croître. Avec Stéphane Douady, nous avons mis en évidence l’existence de deux types d’avalanches, l’un où la couche n’est mobilisée qu’en aval du point de déclenchement et laissant une trace triangulaire, et l’autre où l’écoulement envahit tout le plan par un front de remontée. Nous avons étudié les mécanismes de propagation dans les deux cas, montrant par exemple que de manière surprenante, une saturation de l’amplitude est observée, qui peut être attribuée à la présence du fond solide.
La deuxième expérience consiste à étudier l’écoulement transitoire à la formation d’un talus. Nous avons observé l’influence prépondérante de la préparation sur l’écoulement. Deux effets sont mis en évidence, l’un associé à la densité et l’autre à la «texture» anisotrope acquise pendant le remplissage.
La dernière partie de la thèse discute de la validité des modèles existants pour décrire les avalanches sur le plan incliné. Elle développe aussi, en guise de conclusion, un modèle continu décrivant la dynamique des écoulements granulaires de surface et prenant appui sur les résultats expérimentaux présentés.
Last modified: 18 Jul 2020