Milieux granulaires
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La Dynamique : les écoulements
SablierLe sablier est un exemple très éloquent de la particularité des écoulements granulaires.
Sablier
Il est vrai qu'à y pencher de plus prêt, on constate qu'il est intriguant qu'un sablier indique assez convenablement l'écoulement du temps alors si l'on remplaçait le sable par de l'eau (Aparté : on appelle ces horloges à eau des clepsydres et ce sont elles qui ont donné cette forme caractéristique des sabliers actuels : la forme pseudo-conique était là pour compenser la chute de pression) cela ferait que le fonctionnement serait complètement altéré.
En effet — on le sais bien (voir l'article sur les fluides sur ce site) — la pression dépend de la hauteur d'eau, donc le débit serait fatalement important au début et faible quand le niveau d'eau supérieur est bas.
Mais alors on se demande comment il se fait que le débit de l'écoulement du sable dans le goulet d'étranglement entre les 2 réservoirs n'est pas dépendant du poids du sable au dessus ?
Il y a 2 grandes raisons à cela :
La première est que le goulet d'étranglement est en général très étroit
(relativement à la taille des grains et en tout cas pour les sabliers d'assez bonne précision). Les grains passent quasiment 1 à 1.
La deuxième raison concerne la pression au niveau du goulet.
Cela ne dépend effectivement pas du volume de sable au dessus.
Sablier
Pourquoi ?
On a commencé à explicité le phénomène précédemment : la répartition des forces dans les contraintes de forces se répartissent uniformément dans le matériau et il existe de nombreuses voûtes croisées qui font que ce sont les parois du sablier qui subissent les forces et pratiquement pas le petit volume de grains juste au dessus du goulet.
Si l'on regarde les forces en jeu, c'est un peu comme si le sablier n'avait que très peu de sable au dessus et que l'on rajoute artificiellement ce sable au fur et à mesure qu'il s'écoule.
Ensuite, un phénomène oscillant de l'écoulement se produit à cause de l'interaction entre le sable qui passe par le goulet et l'air qui remonte.
Le saviez-vous ? : J Duran explique un phénomène amusant que l'on peut obtenir avec un sablier. Si l'on appose les doigts au niveau du goulet, l'écoulement s'arrète et reprend au bout d'une vingtaine de secondes. La chaleur des doigts et le courant d'air ascendant en est la cause.
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SilosNos braves ingénieurs ont bien des soucis à gérer les stocks de céréales !
Voûte / Rathole
L'ingénierie s'est aperçue en premier que le poids des silos à la base ne représentait pas le poids total de la somme des grains pris individuellement.
On parle alors de "poids apparent" en contraste avec le poids réel de la somme des grains.
Cela peut être intéressant car on a pas à renforcer le sol. Par contre, ils ont tous connus les désagréments de la production de voûtes lors de l'écoulement des grains à partir du silo.
Vous voyez sur l'animation ci-contre deux phénomènes courants : la voûte (ou "bridging") et le "rathole".
Vous pouvez aussi voir cette animation Flash (pop-up, lien externe).
Le remède bien connu est de frapper avec force latéralement le silo afin de briser la voûte et pour que l'écoulement reprenne. Peut-être que ce genre d'incident vous est arrivé avec votre salière ?
Vous voulez en savoir davantage ? : allez à la » » » » page suivante
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