Ecoulement dense autour d'une sphère traversant un nuage de grains
Antoine Seguin  1, 2@  , Aline Lefebvre-Lepot  3@  , Sylvain Faure  4@  , Philippe Gondret  2@  
1 : Service de physique de l'état condensé  (SPEC - URA 2464)  -  Site web
CEA, CNRS : URA2464
SPEC - URA 2464, CEA/Saclay, Orme des Merisiers, F-91191 GIF SUR YVETTE CEDEX -  France
2 : Fluides, automatique, systèmes thermiques  (FAST)  -  Site web
Université Paris XI - Paris Sud, CNRS : UMR7608
bat. 502 91405 ORSAY CEDEX -  France
3 : Centre de Mathématiques Appliquées - Ecole Polytechnique  (CMAP)  -  Site web
Polytechnique - X, CNRS : UMR7641
CMAP UMR 7641 École Polytechnique CNRS Route de Saclay 91128 Palaiseau Cedex -  France
4 : Laboratoire de Mathématiques d'Orsay  (LM-Orsay)  -  Site web
CNRS : UMR8628, Université Paris XI - Paris Sud

Une simulation bidimensionnelle d'une sphère se déplaçant à vitesse constante à l'intérieur d'un nuage de petits grains est présentée avec une méthode de type ‘'Non-Smooth Contact Dynamic'' (sans effet de la gravité). Une zone granulaire dense, appelée ‘'cluster'', à fraction volumique constante se construit progressivement autour de la sphère jusqu'à ce qu'un régime stationnaire apparaisse caractérisée par une taille constante du cluster en amont de la sphère qui augmente avec la fraction volumique initiale \phi_0 du nuage. Une analyse détaillée du champ de taux de déformation et du champ de contrainte à l'intérieur du cluster révèle que, malgré les variations spatiales de ces champs, le coefficient local de friction \mu et la fraction volumique \phi dépendent uniquement du nombre d'inertie I, ce qui signifie que la rhéologie du milieu granulaire est bien locale dans cet écoulement non parallèle. Les variations spatiales de I à l'intérieur même du cluster ne dépendent pas de la vitesse de déplacement de la sphère et explore une faible gamme allant de 0.01 à 0.1. L'influence des parois latérales sur l'écoulement et les forces est ensuite étudiée.


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