Lundi 9 Mai 2005

La mécanique du sable

par Eric Clément et Philippe Claudin

Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles

 

Un tas de sable se « souvient » de ses conditions de préparation. Cette mémoire s’inscrit dans des variations subtiles de propriété d’empilement à l’échelle microscopique : la texture.
La texture évolue avec l’histoire des déformations qui ont amenées une assemblée de grains dans un état de repos donné. Par exemple, on peut affirmer que la distribution de pression sous un tas conique admet un maximum (une simple bosse), si celui-ci a été construit sous une pluie uniforme de grains. En revanche, on observe plutôt une double bosse si celui-ci a été formé par des grains s’écoulant d’un entonnoir. La matière en grain possède, la propriété de former spontanément des structures cohérentes qui redirigent la contrainte vers les parois ou vers le sol, ce qui ce qui est parfois appelé « effet de voûte ». La friction avec les parois fait que la pression sous une colonne de grains sature à une valeur constante quand la hauteur de sable augmente, ceci contrairement à un liquide où la hauteur de la colonne d’eau détermine la pression hydrostatique au fond du récipient. Ce genre de différence se manifeste aussi pour un sablier dont le sable s’écoule régulièrement contrairement à son équivalent liquide, la Clepsydre (horloge à eau), dont le débit dépend de la hauteur d’eau restant dans le réservoir. Nous illustrerons certains de ces effets par des expériences simples mettant en valeur les propriétés parfois surprenantes de la matière en grain.

Effet de voute dans un tube

Chaines de force au sein d'un empilement cisaille



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