(Malika Ouriemi, Pascale Aussillous, Élisabeth Guazzelli, M. Paihla en collaboration avec l'IFP.)
Le transport de sédiments dans une conduite partiellement remplie de grains est étudié expérimentalement, notamment avec un technique d'ajustement d'indice. Les profils de vitesse dans les fluides et les grains est mesuré. La formation de dunes a été également étudiée en détail. D"un point de vue théorique, un modèle basé sur les équations diphasiques a été développé, dans lequel la rhéologie granulaire est décrite par une loi de friction.
Sediment transport in a pipe is investigated experimentally by different technics, including index matching method. The profile of fluid an grains are measured precisely. The development of dunes at the surface of the sand are also studied. A theoretical approach has been developped based on two phase flow equations, in which the granular phase is described using coulomb like rheology.
Dune formation in a pipe
Déclenchement d'avalanches sous marines
(Loic Rondon, Mickael Paihla, M. Nicolas, P. Aussillous, O. Pouliquen)
L'écoulement d'un milieu granulaire immergé dans un liquide est très sensible aux variations de fraction volumique. Lorsque le squelette granulaire se dilate ou bien se contracte, le mouvement du fluide dans les interstices induit des contraintes supplémentaires qui affectent la dynamique. Une conséquence de ce couplage apparaît lors de la mise en mouvement d'un tas dense ou lache. L'avalanche dans le cas dense est retardée tandis qu'elle est immédiate et rapide dans la cas lâche. Ce phénomène a des conséquences importantes en géophysique pour la dynamique des glissements de terrain. Une analyse expérimentale précise a été réalisée, ainsi qu'une analyse théorique basée sur les équations diphasiques. Des expériences d'effondrement de colonnes sont en cours afin de se rapprocher de configurations plus pertinentes en géophysique.
The initiation of immersed granular flows is strongly influenced by variations of volume fraction. A dilatation or a contraction of the granular skeleton creates a flow though the granular medium, inducing additional stresses. An illustration of this coupling is obtained when inclining a dense or a loose granular layer. A delay exists in the avalanche of the dense medium. We have experimentally investigated this phenomenon in a controlled experiment, and we have developped a theoretical description based on two-phase flow equations.
Dynamique observée lors de la mise en mouvement d'une couche de billes sous l'eau.
A gauche le milieu est initiallement compacté par trois taps sur la bouteille, à droite sans compaction initiale.
M. Pailha, M. Nicolas, O. Pouliquen "Initiation of underwater granular avalanches: Influence of the initial volume fraction" Phys. Fluids 20, 111701 2008.
L. Rondon, O. Pouliquen, P. Aussillous " granular collapse in a liquid" Phys. Fluids 23, 073301 (2011).
Liquéfaction d'un sédiment sous vagues
(P. Aussillous, O. Pouliquen)
Les sédiments qui se déposent au fond des océans forment un sol peu dense qui peut toutefois supporter des contraintes : on construit sur les fonds marins des plates-formes, on y dépose des pipelines... Cependant, lors de tempêtes, le sol peut se déstabiliser et littéralement se liquéfier transitoirement. Les structures coulent alors dans le sol pour finalement se retrouver piégées dans un sol plus compact. Ce phénomène est connu sous le nom de liquéfaction des sols. L’explication qualitative est que le milieu tente de se compacter sous l’effet des perturbations, ce qui induit une éjection de l’eau interstitielle. Cet écoulement peut s’avérer suffisant pour fluidiser le milieu et porter transitoirement les grains. Si le mécanisme est qualitativement compris, les détails de la liquéfaction et le couplage eau-milieu granulaire posent de sérieux problèmes. Nous avons montré que ce phénomène peut être en partie expliqué par un modèle de houle couplé avec de la sédimentation. Cependant les conditions initiales menant à la liquéfaction sont encore mal identifiées. Des mesures en canal où l'on étudiera le mouvement des particules vont nous permettre d'observer le couplage pouvant exister entre le mouvement des particules, la pression de pore et le phénomène de liquéfaction.
The propagation of waves at the surface of the oceans generates pressure fluctuations inside the sediment bed of the ocean floor. This cyclic excitation can lead to the liquefaction of the soil. Wave-induced soil liquefaction can play an important role in the stability of underwater structures (artificial reefs) or slope (possible precursor of underwater avalanches).The liquefaction process can be explained as followed: The periodic excitation induced by the waves above a loose granular soil leads to the compaction of this soil. However, in order to compact, water has to be expelled from the soil. The water flow induces a pore pressure gradient, which can support the grain weight. In this transient state the soil is liquefied: an object placed on it would sink. We are studying experimentally soil liquefaction of a loose granular bed under a wave by measuring pore pressure at different level in the sediment.
Un cube posé sur le sédiment se met à couler dès que des vagues sont créées à la surface de l'eau (lumière allumée)
A cube on the sediment sinks when waves are created at the water free surface (light on).
