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Université Rennes 1 (17/12/2008), Renaud Delannay (Dir.)
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Stabilité et propriétés rhéologiques d'empilements granulaires confinés
Jean-François Métayer1

Cette thèse a pour objet l'étude expérimentale des propriétés de stabilité et d'écoulement d'empilements granulaires confinés.
Nous avons tout d'abord étudié la stabilité d'un empilement granulaire confiné entre deux parois latérales et vu comment il était possible de modifier l'angle de repos d'un tel empilement en modifiant les propriétés de contact bille/paroi, notamment en utilisant un champ électrique extérieur. Nous avons ensuite étudié les propriétés générales d'écoulements stabilisés dynamiquement (SSH) , l'angle d'écoulement, leur taux de cisaillement et leur compacité en fonction des paramètres de contrôle (l'écart entre les parois latérales et le débit imposé).
Dans un deuxième temps nous avons réalisé une étude plus fine d'écoulement de type SSH. En combinant deux méthodes de mesure nous avons pu obtenir un profil de vitesse moyen d'écoulement sur plus de 10 décades. Les grains situés dans la phase quasi-statique d'écoulements SSH ont un mouvement intermittent de type « cage ». Ceci nous a permis de donner une interprétation de la décroissance exponentielle de la vitesse avec la profondeur ainsi que de la diminution du coefficient de frottement effectif aux parois obtenus numériquement.
Dans un dernier temps nous avons abordé l'érosion d'un empilement confiné lorsque l'on cesse de l'alimenter.
1:  IPR - Institut de Physique de Rennes
milieux granulaires – écoulement – confinement – frottement – stabilité – champ électrique – compacité

Stability and rheologic properties of confined granular flows
This study is focused on the behaviour of granular media when they are confined between two side-walls.
In a first part we study the influence of the beads/side-wall contact properties on the stability of a granular heap using an external electric field. We also study the behaviour of dynamically stabilised heap (SSH), the angle of repose, the shear rate and the packing fraction as a function of the control parameters: the width between side-walls and the input flow rate .
In a second part we make a large scale experimental study of confined granular flows. By combining two experimental methods we are able to obtain the stream wise velocity profile over 10 decades. We point out that the movement of grains located in the creeping area is intermittent. This result allows us to explain the exponential decrease of the velocity profile with depth and the decrease of the effective friction coefficient obtained numerically.
The topic of the last part is the erosion of a granular heap, when the input flow rate is stopped.
granular media – flow – confinement – friction – stability – electric field – packing fraction

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