Lundi 9 Février 2004

Jeu de grains :

Tas de sable et avalanches

par Olivier Pouliquen et Yoel Forterre

Université de Provence

 Sable, sucre, riz, cailloux sont quelques exemples de milieux granulaires. Cette matière en grains qui est présente dans notre vie de tous les jours est d'une grande importance dans de nombreux procédés industriels : pharmaceutique, agroalimentaire, industrie du bâtiment…. Elle rentre en jeu également dans de nombreux phénomènes naturels souvent catastrophiques comme les avalanches, les éboulements de terrain, la désertification. Pourtant le comportement des milieux granulaires résiste encore sur bien des points à notre compréhension. Une des difficultés est qu’une assemblée de grains se comporte très différemment suivant les situations. Suffisamment solide pour soutenir le poids d’un immeuble, un milieu granulaire peut couler comme un liquide dans un sablier, ou s’envoler au gré du vent pour former des dunes (Figure 1).

Fig 1 : Les écoulements granulaires se rencontrent dans de nombreuses applications industrielles et géophysiques.

Comment décrire ces différents régimes d’écoulements granulaires ? Pourquoi un tas de grains immobiles devient instable et déclenche une avalanche à sa surface lorsqu’on le perturbe (Figure 2)? Les grains en écoulement se comportent-ils comme un simple liquide ?

Fig 2 : Une avalanche de billes à la surface d’un tas illustre la dualité solide-liquide des milieux granulaires.

Des expériences simples à l’échelle du tas de sable, nous permettrons de répondre à certaines de ces questions tout en illustrant certains phénomènes naturels comme les avalanches, les éboulements de terrains ou les sables mouvants,…..

Fig 3 : Expériences d’écoulements granulaires en laboratoire :
(a) dépôt après une avalanche d’un mélange de grains ;
(b) étalement d’une masse granulaire sur une pente ;
(c) vagues de sable.

Fig 4 : Phénomène de liquéfaction :
lors d’un tremblement de terre, le sol est devenu liquide et les immeubles ont coulé.