Les ondes et vibrations non-linéaires dans les milieux granulaires
Damping in granular environments in a few minutes ...
Nous nous intéressons à la propagation et à l’atténuation des ondes et des vibrations dans les milieux granulaires, tels que le sable, au travers d’expérimentations sur des systèmes modèles, de laboratoire. Les milieux granulaires ont pour particularité (i) d’interagir selon le potentiel très fortement non-linéaire de Hertz lorsqu’ils sont secs, et plus généralement (ii) de mobiliser des mécanismes singuliers associés aux contacts entre particules géométriquement non conformes : c’est le cas par exemple des milieux granulaires mouillés, et en particulier des suspensions colloïdales, lorsque un fluide interstitiel est confiné entre les particules et induit une interaction elasto-hydrodynamique complexe.
Propagation d’ondes dans un cristal phononique constitué d’un alignement de particules centimétriques interagissant via le potentiel non-linéaire de Hertz ; une particule instrumentée permet de mettre en évidence les bandes interdites d’un tel réseau (PRL 2005, PRL 2010).
Les milieux granulaires ont également pour avantage (iii) d’exhiber des symétries cristallines lorsque les particules sont identiques ou au contraire (iv) du désordre lorsque les grains sont polydisperses. Enfin, ils sont connus (v) pour être très dissipatifs, en mobilisant notamment des effets frictionnels puissants.
Propagation d’ondes dans un milieu granulaire mouillé par ajout d’une faible quantité de fluide interstitiel visqueux ; une mesure de la relation de dispersion montre que le fluide induit une interaction elasto-hydrodynamique qui se traduit par un raidissement des contacts, une augmentation de la vitesse de propagation et une dissipation accrue (Thèse 2016 Kamil Chrzaszcz)
Observation directe de la propagation d’une impulsion dans une suspension colloïdale ; mise en évidence du rôle de l’élasticité des particules, de la viscosité du fluide et du désordre topologique sur la longueur d’atténuation et les propriétés de transport (PNAS 2017).
Les recherches menées au laboratoire, essentiellement expérimentales, portent à plusieurs échelles (centimétrique, millimétrique et micrométrique), depuis la dynamique du contact (sec ou mouillé), en passant par des structures modèles (des cristaux phononiques constitués d’alignements périodiques de sphères), jusqu’aux empilements désordonnés de grains vibrés (dissipateur granulaires).
Mesure du facteur de perte et de la masse effective d’un dissipateur granulaire ; le facteur de perte de ce système est proportionnel à la masse des grains vibrés, dont la masse apparente décroit jusqu’à disparaitre avec l’amplitude d’accélération (Thèse 2016 Marwa Masmoudi, Gran. Matt. 2016).
Transitions de phase dans les milieux granulaires vibrés. Soutenance de Rene Zuniga, le 25/02/2021
