a 0 0 Grains secs en écoulement OR) o o 000 0 0 ° °O 0 0 000 flep C77 0 -)0 0 0 0 O 0 0 07n0 70 0 fonction d’une longueur ζ et d’un temps adimensionné τ avec les différents paramètres du problème, tels que les propriétés de transport liquide dans la colonne (la porosité de l’agrégat, la viscosité), le débit des grains impactant, ainsi que la valeur de la probabilité de capture à dépression nulle [10]. Bien que nous ayons identifié le principe du mécanisme, différents paramètres comme les propriétés physiques du liquide, des grains ou du jet, modifient les sources de dissipation lors de l’impact et donc la croissance d’agrégats humides de manière non triviale. Par exemple, alors que l’effet de la viscosité sur le transport du liquide est modélisé, son rôle dans la capture est ambigu. Une grande viscosité freine davantage le grain, favorisant la capture, mais rigidifie aussi la structure granulaire lors de l’impact, favorisant au contraire le rebond. Il reste ainsi à modéliser comment ces propriétés physiques modifient directement la probabilité de capturer des grains. Vers une prédiction du mélange ? Nos études ont montré que selon la répartition de liquide contenu dans un milieu granulaire hétérogène, des grains secs en écoulement peuvent soit éroder des agrégats humides dans le régime pendulaire, soit au contraire être capturés pour de plus grandes fractions liquides (fig. 7), les faisant ainsi croitre. Il en résulte une situation typique des mélangeurs réels, décrite sur la o Grains humides cohésifs ! Énergie cinétique des grains secs figure 7, où les différentes interactions de milieux granulaires humides et secs en écoulement sont présentes simultanément. L’optimisation des procédés industriels de mélange et la compréhension des phénomènes géophysiques tel que le transport éolien de sable sur sols humides nécessitent de mieux caractériser ces situations. Nous avons identifié des processus élémentaires d’échange de grains entre les phases, mais l’influence précise des propriétés du liquide ou des grains reste à comprendre (comme les influences de la viscosité ou de la densité de l’écoulement). Il faudra coupler ces effets à la déformation du matériau humide lui-même afin de pouvoir décrire toutes les étapes d’un mélange granulaire réaliste, partant d’un état initial fortement hétérogène vers une pâte granulaire finale homogène. Ces principes décrivant l’interaction de grains secs avec des grains humides sont une première approche pour percer les mécanismes de mélange entre des grains et de l’eau tels qu’ils sont réalisés quotidiennement dans l’industrie, et apporter de nouveaux éclairages sur la physique des milieux granulaires humides. Des résultats expérimentaux modèles de ces systèmes complexes, tels que des géométries de mélanges simples avec des mélanges de grains et de liquide simples, permettront d’améliorer les approches numériques triphasiques impliquant des grains solides, une phase liquide et l’air. pendulaire funiculaire capillaire suspension Érosion ? Accrétion <-> Imprégnation 7. Vue synthétique des interactions entre un agrégat humide et un écoulement granulaire sec. (a) Schéma des différents phénomènes d’échanges entre une phase granulaire sèche en écoulement et une phrase granulaire humide. (b) Diagramme de phase qualitatif présentant les frontières attendues en fonction de l’énergie cinétique des grains secs et de la fraction liquide W dans l’agrégat humide. Les points d’interrogation illustrent les zones d’ombre entourant les mécanismes exacts de la capture des grains. 22 Reflets de la Physique n°64 ? Aucun échange 0 1% 2% 4% 10% 20% 40% b Teneur en liquide W Références 1 B. Andreotti, Y. Forterre et O. Pouliquen, Les milieux granulaires : Entre fluide et solide, EDP sciences (2012). 2 M. Pakpour, M. Habibi, P.Møller et D. Bonn, «How to construct the perfect sandcastle», Scientific reports (2012) 549. 3 S. Herminghaus, «Dynamics of wet granular matter», Advances in Physics, 54 (2005) 221-261. 4 P.-G. De Gennes, F. Brochard-Wyart et D. Quéré, Capillarity and Wetting Phenomena : Drops, Bubbles, Pearls, Waves, Springer (2003). 5 M. Scheel, R. Seemann, M. Brinkmann, M. Di Michiel, A. Sheppard, B. Breidenbach et S. Herminghaus, «Morphological clues to wet granular pile stability», Nature Materials, 7 (2008) 189. 6 G. Lefebvre et P.Jop, «Erosion dynamics of a wet granular medium», Physical Review E, 88 (2013) 032205. 7 G. Lefebvre, A. Merceron et P.Jop, «Interfacial Instability during Granular Erosion», Physical Review Letters, 116 (2016) 068002. 8 F. Pacheco-Vazquez, F. Moreau, N. Vandewalle et S. Dorbolo, «Sculpting sandcastles grain by grain : self-assembled sand towers», Physical Review E, 86 (2012) 051303. 9 E. W. Washburn, «The dynamics of capillary flow», Physical review, 17 (1921) 273. 10 G. Saingier, A. Sauret et P.Jop, «Accretion dynamics on wet granular materials», Physical Review Letters, 118 (2017) 208001. |
