Abstract :
[fr] Par rapport à d'autres types de matériaux granulaires, les matériaux granulaires cohésifs (par exemple, l'amidon de maïs ou la poudre de lactose) présentent des propriétés d'écoulement spécifiques qui posent des problèmes dans de nombreuses applications. L'étude de l'écoulement des matériaux granulaires cohésifs est complexe car l'effet triboélectrique, qui pourrait être responsable de leur cohésion, n'est pas bien compris. Cet effet, à l'origine de l'électricité statique lorsque des objets sont frottés entre eux, est pourtant omniprésent et connu depuis l'Antiquité. Dans ma thèse, j'ai développé des simulations numériques de l'écoulement de matériaux granulaires dans un tambour rotatif pour étudier comment l'effet triboélectrique pouvait l'influencer. J'ai trouvé un modèle, le modèle des patchs, qui reproduit correctement l’effet triboélectrique dans les matériaux granulaires. Ce modèle m'a permis d'expliquer de nombreux phénomènes mal compris, tels que la charge des matériaux granulaires bidisperses. J'ai finalement montré que l’effet triboélectrique pouvait effectivement induire de la cohésion dans les matériaux granulaires et j’ai mis en évidence les paramètres pertinents qui influencent son intensité. Ces résultats apportent de nouvelles perspectives sur les mécanismes de l'effet triboélectrique et démontrent l'efficacité des simulations numériques pour reproduire tout autre système où l'effet triboélectrique se produit.
[en] Compared to other types of granular materials, cohesive granular materials (e.g. cornstarch, lactose powder) display specific flowing properties that cause problems in many applications. Investigating the flow of cohesive granular materials is complex because the triboelectric effect, that might be responsible for cohesion in granular materials, is not well understood. This effect, that is at the origin of static electricity when objects are rubbed, is however all around us and known since Antiquity. In my thesis, I developed numerical simulations of granular materials flowing in a rotating drum to investigate how the triboelectric effect influences it. I found a model, the patch model, that correctly reproduces the tribocharging of granular materials. This model allowed me to explain many misunderstood phenomena such as the tribocharging of bidisperse granular materials. I finally showed that tribocharging could indeed induce cohesion in granular materials and highlighted the relevant parameters that influences its strength. These results provide new insights on the mechanisms of the triboelectric effect and demonstrate the efficiency of the numerical simulations to reproduce any other system where the triboelectric effect occurs.
