Extension de la DEM aux granulaires immergés pour l’étude des suspensions denses
Membres du jury
Mr Frédéric DUFOUR : Professeur à 3SR INP Grenoble, Président
Mr Jean Noël ROUX Ingénieur des Ponts, chercheur (HDR) à Navier , Rapporteur
Mme Pascale AUSSILLOUS Maître de conférence (HDR) à Polytech Marseille , Rapporteur
Mme Élisabeth LEMAIRE Directeur de recherche, Examinateur
Mr Bruno CHAREYRE Maître de conférence (HDR) à 3SR INP Grenoble, Directeur de thèse
Mr Julien CHAUCHAT Maître de conférence au LEGI INP Grenoble, Co-Encadrant de thèse
Résumé
Le modèle numérique DEM-PFV incluant la lubrification est utilisé pour simuler des expériences de rhéométrie à contrainte normale imposée sur des suspensions denses de particules sphériques. Le
modèle décrit des contacts solides particule-particule par un modèle élastique plastique, des interactions hydrodynamiques à courte portée définies par des forces et des couples de lubrification, et des forces de pression résultant du couplage poromécanique calculées avec le modèle DEM-PFV. Une extension du modèle aux conditions aux limites périodiques est proposée afin d’étudier des milieux infinis. Des séries de simulations du cisaillement à contrainte verticale imposée sont
réalisées afin d’évaluer le comportement global de la suspension. Les résultats numériques sont comparés aux lois phénoménologiques μ(I v ) et φ(I v ) décrites par les expériences de Boyer et al [BGP11]. La contribution à la contrainte totale des différents efforts appliqués sur les particules est examinée en fonction du nombre visqueux I v . La composante tangentielle de la force de lubrification joue un rôle important dans la contrainte totale et la fraction solide. L’effet du couplage poromécanique est visible dans le régime transitoire. La contrainte de cisaillement totale est décomposée en contraintes de contacts et contraintes hydrodynamiques dont l’évolution en fonction
du nombre visqueux I v est étudiée. Les contacts jouent un rôle majeur pour tout I v mais saturent à une valeur constante pour les grands I v . Dans ce régime, les efforts de lubrification dominent.
Cette interaction entre les contacts et les efforts hydrodynamiques est en accord avec la loi constitutive déduite des expériences de Boyer et al [BGP11]. Les variables de microstructure sont aussi examinées et mettent en évidence une interaction complexe entre les contacts et les interactions hydrodynamiques. Enfin, le comportement des avalanches sous-marines en fonction de la viscosité du fluide et de l’angle d’inclinaison du milieu par rapport à l’horizontale est analysé. Les résultats sont en accord avec les lois phénoménologiques décrites expérimentalement.
Mots-clés
Mots clés : méthode des éléments discrets, volume fini, couplage poromécanique, lubrification, suspensions denses, rhéologie.