Le transport de grains immergés en milieux confinés se retrouve dans de nombreuses situations industrielles et naturelles (avec notamment la récupération et le transport de pétrole en oléoducs, la décontamination de sols, l’acheminement de poudres pharmaceutiques, le transport de sédiments ou encore la circulation de fluides physiologiques).
L’étude du drainage lent d’un système modèle composé d’un mélange d’eau et billes de verres ayant sédimentées dans une cellule de Hele-Shaw ou un capillaire a démontré l’émergence d’instabilités, avec la formation de motifs labyrinthiques et de bouchons granulaires.
Dans le cadre de cette thèse, nous avons identifié les paramètres physiques et conditions nécessaires au déclenchement de telles instabilités, contrôlées par le charriage des grains par le ménisque à l’interface liquide/air. Nous avons d’autre part mis en évidence un nouveau régime de drainage instable conduisant à la formation périodique de dunes le long du capillaire.
La friction des grains avec les parois du tube gouvernant la formation des bouchons, nous avons également étudié une méthode originale permettant de contrôler ces interactions frictionnelles en utilisant des particules ferromagnétiques : soumises à un champ magnétique, elles acquièrent un moment magnétique, conduisant à des interactions de paires de dipôles magnétiques, ajustables. En considérant l’ensemble de ces interactions anisotropes au sein d’une colonne granulaire confinée, nous avons pu démontrer l’émergence d’une force radiale le long des parois du silo, dont l’amplitude et la direction est complétement déterminée par le champ magnétique appliqué. Cet « effet Janssen magnétique » permet alors de contrôler la masse apparente de la colonne granulaire, ouvrant la voie à la conception de méta-matériaux granulaires dont les propriétés mécaniques de (dé)blocage peuvent être contrôlées à distance, voire programmées.
Gratuit
Disciplines