Écoulements gravitaires et écoulements diphasiques

Étude de l'écoulement confiné des grains, de leur structure et propriétés

Déplacement de dunes de sable
  1. Écoulements granulaires gravitaires secs : instabilités et ségrégation
  2. Transport éolien et aquatique de particules
  3. Dynamique des dunes de sable

Les avalanches granulaires, le transport de sédiments éoliens et fluviaux mettent un jeu des écoulements de grains se produisant à la surface d’un empilement statique que ce soit sous l’effet de la pesanteur (avalanches) ou induit par le cisaillement d’un fluide (eau ou air, comme dans le cas du transport de sédiments). Les chercheurs impliqués dans cet axe identifient, à l’aide de modélisations expérimentales et numériques, les paramètres physiques pertinents permettant une description de la dynamique de ces systèmes.

Écoulements granulaires gravitaires secs : instabilités et ségrégation

Il s'agit de comprendre, quantifier et modéfliser les instabilités et les processus de ségrégation dans les écoulements granulaires gravitaires.

Différentes approches sont utilisées :

  • des études numériques utilisant la DEM (Méthodes d'Éléments discrets)
  • des expériences de chutes granulaires et en micro-gravité (table soufflante)
Coupe transversale d'un écoulement granulaire - Coupe de transversale de l'écoulement montrant la répartition des petites (en bleu) et grosses particules (rouge). À faible pente (19°), l'écoulement est stratifié avec les petites particules au fond et les grosses en surface. À plus fortes pentes (25° et 35°), on observe l'apparition de rouleaux longitudinaux et une figure de ségrégation inhabituelle où les grosses particules sont piégées dans les zones « froides » au cœur des vortex.
 - © A. Valance

Transport éolien et aquatique de particules

L'étude du transport du sable par le vent est étudié à la fois par des expériences en soufflerie et en développant des approches théoriques et numériques. Ces dernières années, notre département s'oriente vers l'investigation de situations de complexité croissante :

  • le transport stationnaire sur Terre ou autres planètes.
  • le transport instationnaire et non-établi.
  • le transport avec des particules cohésives.
Splash de grains secs - Expérience d'impact d'un grain sur un empilement granulaire. La particule a un diamètre de 6 mm, et sa vitesse est de l'ordre de 20 m/s. - © A. Valance

Dynamique des dunes de sable

Les modèles actuels permettent de prédire de manière satisfaisante la forme des dunes au début de leur croissance mais les processus qui conduisent à la sélection d'une taille d’équilibre ne sont pas encore clairement identifiés. Ce constat nous a conduit à faire des expériences en chenal hydraulique pour mieux caractériser la morphodynamique de dunes aquatiques dans des contextes de forçages variés (écoulements instationnaires ou alternatifs).
 

Morphodynamique d'une dune aquatique - Lors du renversement du sens de l'écoulement de l'eau, la dune change de forme avant d'atteindre à nouveau sa forme d'équilibre. Ce transitoire dépend de la vitesse de l'écoulement : (A) faible vitesse, (B) forte vitesse. - © A. Valance