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Guilhem MOLLON
guilhem.mollon@gmail.com

Maître de Conférences
Institut National des Sciences Appliquées de Lyon

Docteur en Génie Civil de l'INSA Lyon
Ingénieur INSA, Normalien, Agrégé de Génie Civil

Ecoulement granulaire en trémie

Une des classes d'écoulement granulaires les plus étudiées est celle des écoulements en trémie. L'intérêt pour ce type d'écoulement est essentiellement académique, du fait de sa simplicité géométrique et parce que le matériau granulaire y est soumis au cisaillement de manière continue. Le travail engagé consiste à étudier les aspects micromécaniques du comportement du sable soumis à cette sollicitation, en conduisant des simulations discrètes, dans un premier temps en deux dimensions.

Deux aspects essentiels sont étudiés plus précisément : les implications de la non-circularité des grains sur la cinématique d'écoulement et les réseaux de forces de contacts, et l'apparition et la propagation de fluctuations structurées dans cet écoulement.

Au delà des aspects théoriques sur la compréhension des phénomènes micro-mécaniques, ce travail pourrait conduire à des résultats pratiques sur les sollicitations et la résistance des silos subissant des écoulements granulaires.

Fig1

Figure 1. Masse granulaire en cours d'écoulement. L'échantillon est composé d'environ 6000 grains de formes complexes, chacun de ces grains étant composé d'environ 20 disques afin de se conformer aux formes de grains typiques d'un sable de Toyoura.

Fig5

Figure 3. Réseaux de forces de contact au cours de l'écoulement. La non-circularité des grains a tendance à allonger les chaînes de forces issues des parois latérales de la trémie, et à augmenter leur inclinaison et leur intensité.

Fig3

Figure 2. Influence de la non-circularité des grains et de la largeur d'ouverture de la trémie. Par rapport à un écoulement de disques parfaits, la prise en compte de formes complexes tend à resserrer le champ de vitesse (écoulement "en cheminée"), à introduire une localisation des rotations de grains, et à augmenter le nombre moyen de contacts par grain.

Fig2

Figure 4. Fluctuations temporelles selon un axe vertical de l'écoulement, normalisées par leurs écarts-types. On observe une périodicité et une propagation de ces fluctuations dans le sens inverse de celui de l'écoulement, excepté pour l'indice des vides qui ne semble pas fluctuer de manière structurée.

Fig4

Figure 5. Corrélations spatiales des fluctuations dans l'ensemble de l'échantillon. Ces corrélations sont intenses, anisotropes (plus de corrélation dans la direction orthoradiale de l'échantillon que dans la direction radiale), et augmentent avec la hauteur. Ceci suggère une structuration progressive des fluctuations sous forme d'ondes au fur et à mesure de leur trajet.






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