Rhéologie des milieux granulaires à cohésion magnétique contrôlée en écoulement quasi-2D

Les milieux granulaires sont omniprésents dans la nature comme dans de nombreuses applications industrielles. Pourtant, leur comportement reste souvent difficile à prédire, en raison des multiples interactions possibles entre les grains qui gouvernent leur comportement mécanique. La recherche à leur sujet est donc essentielle pour l’optimisation des technologies de transport, de préparation et de stockage de ces matériaux. Cette thèse s’inscrit dans ce contexte en proposant une étude sur l’influence des interactions dites cohésives sur l’écoulement des grains lors de la vidange d’un silo.
— Ce travail se concentre sur un type particulier de cohésion : celle induite par les interactions magnétiques entre grains. Cette cohésion présente plusieurs avantages : elle est directement contrôlable grâce à un champ magnétique appliqué par deux bobines externes, elle n’introduit pas d’interactions parasites avec les parois du dispositif, et les interactions entre deux grains sont bien comprises grâce aux travaux antérieurs.
— Il s’appuie également sur l’étude d’un écoulement complexe et encore mal compris : la vidange d’un silo quasi bidimensionnel. Cette géométrie permet d’observer toutes les particules formant une seule couche, ce qui facilite l’analyse fine de la dynamique de l’écoulement. Le développement d’un algorithme de suivi des particules a permis de mesurer un large éventail de grandeurs physiques à l’échelle des grains : vitesse, accélération, volume libre et paramètres structurels avancés tels que le paramètre d’ordre hexatique. Les résultats obtenus offrent une vision complète des écoulements de grains cohésifs magnétiques dans un silo quasi-2D. Ils couvrent un large
spectre d’observations rapportées dans la littérature tout en apportant de nouvelles perspectives sur la dynamique, la cohésion et la structure interne des milieux granulaires. Cette étude met en lumière les phénomènes se produisant au cœur de la vidange de silo, parmi lesquels : la canalisation du flux de grains, l’apparition d’arches instables au-dessus de l’orifice, l’émergence d’ondes de force ascendantes et la stratification du milieu lorsqu’il est soumis à un cisaillement par la vidange.