Propriétés mécaniques et physiques d’agglomérats granulaires cohésifs

Mots clés : matériaux ; milieux granulaires ; rhéologie ; élasticité\

Les matériaux granulaires cohésifs, constitués de particules solides maintenues entre elles par des forces de cohésion, touchent de nombreux domaines allant de la technologie des poudres aux couches sédimentaires en géologie. Les milieux granulaires humides non saturés (mélanges de grains, liquide et gaz) en constituent un exemple important : ils sont très répandus, et peuvent être vus comme des systèmes modèles.

Dans un milieu granulaire humide non saturé, les ponts liquides qui s’établissent entre les grains exercent cette force de cohésion. Les études portant sur ces matériaux considèrent essentiellement le cas où le comportement du liquide est celui d’un fluide newtonien. Si cette approximation semble judicieuse pour du sable humide, le liquide interstitiel présente bien souvent des propriétés rhéologiques complexes : il peut par exemple s’agir de fluides à seuil (comme la pâte de ciment lors de la préparation de béton frais) ou de fluides viscoélastiques (mise en forme de matières plastiques composites). Dans ces deux cas, le liquide présente des propriétés élastiques qu’il faut prendre en compte.

L’objectif du stage est d’étudier les effets provenant de l’élasticité du fluide interstitiel sur les propriétés mécaniques des matériaux granulaires cohésifs en étudiant un système modèle, constitué de petites billes de verre reliées entre elles par des ponts élastiques. Ce système sera étudié expérimentalement au moyen d’expériences de compression, et numériquement à l’aide de simulations développées au laboratoire. Différents paramètres (taille des billes de verre, nombre de ponts élastiques, élasticité des ponts, etc.) seront variés, et une comparaison entre les résultats expérimentaux et numériques sera réalisée afin de déterminer les ingrédients physiques pertinents permettant de décrire le comportement du système.

Ce sujet de stage s’adresse à des étudiant(e)s titulaires d’un Master 2 en lien avec la Physique et/ou la Mécanique des fluides ou des solides.

Le stage pourra éventuellement se poursuivre par une thèse (contrat de 3 ans) au cours de laquelle des systèmes granulaires avec une plus grande variété de propriétés rhéologiques seront étudiés.

Encadrants : S. Mora et F. Radjai
serge.mora@umontpellier.fr
franck.radjai@umontpellier.fr
Laboratoire : Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (CNRS et Université de Montpellier)\
Durée du stage : de 4 à 5 mois (durant le premier semestre 2020)