Transcript Propriétés mécaniques de milieux granulaires bidisperses humides

!
Pourquoi'ne'pas'dire'que'la'thèse'est'un'projet'ANR'avec'd’autres'instituts'IFFSTAR'ainsi'que'des'
compagnies'privées'?'Ca'pourrait'motiver'les'élèves'du'master'des'ponts'et'chaussées'ou'de'grosses'
écoles'd’ingé'
Proposition de stage
Proposition'de'stage'de'M2'et'de'thèse'(septembre'2015)'
'
Propri´
et´
es m´
ecaniques de milieux granulaires
bidisperses humides
Organisme'd’accueil!:!
!
!
!
Contacts':!
Laboratoire!FAST!!!!!www.fast.u4psud.fr!!
!
!
Bertho!Yann!([email protected])!
UMR!associée!au!CNRS!et!à!l’Université!Paris4Sud!!
!
Gondret!Philippe!([email protected])!
Bât.!502,!Campus!Universitaire,!91405!Orsay!Cedex!!
!
Morize!Cyprien!([email protected])!
!
!
Laboratoire: Saint-Gobain Recherche / Surface du Sujet':'Erosion'et'transport'de'particules'au'voisinage'd’un'obstacle'
Verre et Interfaces `a Aubervilliers
Site Web: http://www.svi.cnrs-bellevue.fr
Les! phénomènes! d’érosion! et! de! transport! de! sédiments! peuvent! représenter! une! menace! importante! pour! les
'
Contact:
• Caroline Parneix
[email protected]
+33 1 48 39 58 24
• Pierre Jop
[email protected]
+33 1 48 39 57 22
activités! humaines,! les! infrastructures! et! les! écosystèmes.! A! une! échelle! de! l’ordre! du! mètre,! par! exemple! autour
d’un! pilier! de! pont! ou! de! plateforme! offshore! (comme! çà! tu! insistes! que! çà! peut! être! de! la! recherche! appliquée)
l’érosion!peut!endommager!la!structure!et!causer!son!effondrement!(Figure!1!–!tu!peux!mettre!un!des!exemples!de
la!préproposition!de!l’ANR!SSHEAR).!Malgré!les!risques!encourus,!une!description!physique!du!phénomène!d’érosion
au!voisinage!de!structures!reste!incomplète!à!ce!jour,!en!particulier!le!couplage!entre!la!dynamique!du!fluide!et!le
transport!de!particules!solides!est!mal!quantifié.!!
• Alban Sauret
[email protected]
+33 1 48 39 55 54
Nous!proposons!ici!d’étudier!expérimentalement!ce!phénomène!pour!caractériser!la!dynamique!d’entrainement!des
www.svi.cnrs-bellevue.fr/spip/asauret
particules!en!présence!d’un!écoulement!au!voisinage!d’un!(ou!de!plusieurs)!obstacle(s)!immergé(s)!solide(s).!Nous
serons!amenés!à!mettre!en!place!une!méthode!expérimentale!innovante!de!PIV!(technique!de!corrélations!d’images)
associée! à! la! technique! LIF! (Laser! Induced! Fluorescence)! afin! de! pouvoir! mesurer! simultanément! le! champ! de
vitesses!du!fluide!ainsi!que!celui!des!particules!transportées!par!l’écoulement.!Une!étude!systématique!sera!réalisée
en!faisant!varier!la!taille!de!l’obstacle!(cylindre!de!différentes!sections!–!a!priori!rien!n’empèche!d’avoir!une!partie!de
la!thèse!sur!l’optimisation!de!la!forme!de!l’obstacle!non!?),!la!densité!des!particules!formant!le!lit!de!sédiment!(billes
de!verre,!sable,!éventuellement!de!l’argile!pour!étudier!l’effet!de!la!cohésion!des!sols!réel).!Ceci!nous!permettra!de
déterminer! des! lois! d’échelles! sur! le! couplage! écoulement/particules,! l’évolution! de! la! forme! de! la! couche! de
sédiment!au!voisinage!de!l’obstacle,!l’influence!d’une!instabilité!ou!de!turbulence!dans!le!sillage!du!pilier,!etc.!!
Cette!thèse,!à!dominante!expérimentale,!requerra!de!mettre!en!place!un!dispositif!expérimental!modèle,!de!mener
des!campagnes!d’expériences!ainsi!qu’analyser!les!différentes!données!obtenues.!Le!candidat!devra!avoir!reçu!une
formation!de!haut!niveau!en!hydrodynamique!physique.!
!
Certains proc´ed´es industriels de Saint-Gobain n´ecessitent
la mise en forme d’un m´elange polydisperse de mat´eriaux
granulaires et de fluides conduisant `
a des mat´eriaux humides
dont la coh´esion doit ˆetre contrˆ
ol´ee. En effet, la pr´esence
d’une faible quantit´e de fluide dans un mat´eriau granulaire lui
conf`ere une coh´esion induite par les ponts capillaires et permet de cr´eer des structures m´ecaniquement r´esistantes comme
illustr´e sur la figure 1 o`
u l’addition d’eau `a du sable permet
d’obtenir des colonnes stables sous leur propre poids.
N´eanmoins, la coh´esion d’un syst`eme humide constitu´e
d’un m´elange de grains et poudres de diff´erentes tailles reste
mal comprise tout en ´etant essentielle dans de nombreux
proc´ed´es. Le but de ce stage, `
a dominante exp´erimentale, sera
d’´etudier dans un premier temps la coh´esion d’un syst`eme
mod`ele constitu´e de billes de deux tailles diff´erentes et d’un
fluide. L’influence de la composition du m´elange, de la viscosit´e du liquide, du protocole de mise en forme du mat´eriau
seront des param`etres `
a consid´erer. Dans une deuxi`eme partie, on s’int´eressera `
a la caract´erisation m´ecanique du m´elange
utilis´e dans le proc´ed´e industriel et on ´etudiera l’influence de
Figure 1: Colonnes de sable humide
la composition du milieu granulaire humide sur les propri´et´es
compact´e de largeur respectives 7 cm
du produit obtenu.
et 2 cm [Pakpour et al., Scientific reports 2012].