Etude de la réponse au cisaillement d'un milieu granulaire humide non-saturé.
Résumé
This work is an experimental study of the effects of moisture on the response of a granular medium to shear.
The shear stress changes from a ”noisy” behavior to a ”stick-slip” behavior, to the ”noisy” behavior again when
the water content increases in the granular medium. A study of the maxima and of the amplitude of fluctuations of
the shear stress was made, in order to analyze the static and dynamic states during shearing. The increase of the
average value of the maxima in shear stress as a function of the water content agrees with the model of Halsey and
Levine in the static case. In the dynamic case, the study of the amplitude of the fluctuations of the shear stress
reveals three states corresponding to increasing levels of humidity in the surrounding atmosphere : a granular state,
a correlated state and a viscoplastic state (terminology introduced by Tegzes). A model of cohesion was studied
numerically with the molecular dynamics method on a two-dimensional system; this model allows us to get insights
into the dynamics of the shearing band. We also showed experimentally that moisture has not only spacial effects
but also temporal effects (ageing) on the sheared granular medium.
The shear stress changes from a ”noisy” behavior to a ”stick-slip” behavior, to the ”noisy” behavior again when
the water content increases in the granular medium. A study of the maxima and of the amplitude of fluctuations of
the shear stress was made, in order to analyze the static and dynamic states during shearing. The increase of the
average value of the maxima in shear stress as a function of the water content agrees with the model of Halsey and
Levine in the static case. In the dynamic case, the study of the amplitude of the fluctuations of the shear stress
reveals three states corresponding to increasing levels of humidity in the surrounding atmosphere : a granular state,
a correlated state and a viscoplastic state (terminology introduced by Tegzes). A model of cohesion was studied
numerically with the molecular dynamics method on a two-dimensional system; this model allows us to get insights
into the dynamics of the shearing band. We also showed experimentally that moisture has not only spacial effects
but also temporal effects (ageing) on the sheared granular medium.
Ce travail de thèse concerne l'étude des effets de l'humidité sur la réponse au cisaillement d'un milieu granulaire. La contrainte de cisaillement évolue d'un comportement "bruité" en passant par un comportement de "stick-slip" pour revenir au comportement "bruité" lorsque le taux d'humidité augmente. Une étude des maxima et de l'amplitude des fluctuations de la contrainte de cisaillement a été faite à fin d'analyser les états statiques et dynamiques pendant le cisaillement. L'augmentation de la valeur moyenne des maxima de contrainte de cisaillement avec le taux d'humidité est rapprochée du modèle proposé par Halsey et Levine dans le cas statique. Dans le cas dynamique, l'étude de l'amplitude des fluctuations de la contrainte de cisaillement fait apparaître trois états correspondant à des quantités croissantes d'eau dans le système : un état granulaire, un état corrélé et un état viscoplastique pour reprendre une terminologie introduite par Tegzes. Un modèle de cohésion a été étudié numériquement par la méthode de la dynamique moléculaire sur un système à deux dimensions ; ce modèle permet de comprendre la dynamique de la bande de cisaillement. Nous avons aussi démontré expérimentalement que l'humidité ne conduit pas seulement à un effet spatial mais aussi à des effets temporels (vieillissement).
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