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Instabilité Aux Ecoulements des Milieux Granulaires Aspects Morphologiques et Probabilistes
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Bassam C. BARAKAT
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Univ. |
E.C. de Paris |
Spéc. |
Génie Civil-Mécanique des Sols |
Dip/ D.N.R. |
Anneé/1991 |
# Pages/120 |
L’écoulement de l’eau dans un sol granulaire peut déstabiliser certains de ses grains. Ces grains sont :
a) des particules “libres” ne participant pas à la structure du sol. Par structure, on entend cette chaîne continue de contacts qui permet éventuellement la transmission des contraintes. Ces particules sont de petite taille et provoquent une migration interne dans le sol connue sous le nom de “suffosion”.
b) des particules participant à la structure, mais qui aussi sous l’effet des forces d’écoulement se déstabilisent. Ces particules - à l’inverse des particules “libres”- peuvent provoquer un effondrement de la structure. Le phénomène peut conduire éventuellement à une érosion régressive.
Par la suite, l’évalution spatio-temporelle de ces grains dépend de la géométrie de l’espace poreux ainsi que de l’intensité du gradient hydraulique local . Ils peuvent traverser le milieu, en sortir ou y être bloqués . Ceci implique des variations des caractéristiques du sol : granulométrie, porosité, perméabilité …
On voit que ce phénomène complexe fait intervenir deux aspects : le premier géométrique en relation avec la microstructure du milieu granulaire, le second hydraulique lié à l’intensité des forces d’écoulement. Les approches plutôt empiriques proposées pour aborder ce problème ont considéré séparément ces deux aspects.
Notre travail comporte deux partie présentant des outils théoriques capables à terme de modéliser l’évolution de l’érosion interne dans les milieux granulaire.La première considère quelques aspects géométriques du comportement local des particules non structurales dans un milieu granulaire. Dans le premier chapitre, on décrit en termes physiques ce que l’on entend par instabilité interne provoquée par un écoulement et on montre les différentes approches qui ont été faites à date en montrant leurs faiblesses et leurs limites. Dans le deuxième chapitre, après avoir introduit les notions nécessaires de physique statistique des milieux granulaires, on détermine les particules non structurales en utilisant des résultats obtenus dans l’étude des poudres. Le troisième chapitre étudie, d’un point de vue géométrique, le cheminement des particules non structurales dans le milieu, afin de déterminer la probabilité de blocage de ces particules en utilisant des outils et des modèles de la morphologie mathématique. Le quatrième chapitre est consacré à la relation entre la perméabilité macroscopique et la structure au niveau des particules. Le cinquième et dernier chapitre de la première partie sert de lien entre celle-ci et la seconde partie. On y analyse le mécanisme d’entraînement des particules sous un gradient hydraulique local supposé connu.
La deuxième partie considère l’aspect hydraulique du problème. En fait, la variabilité spatiale à grande échelle entraîne une prévision non déterminante du gradient hydraulique moyen en chaque point milieu. Ainsi, après une revue bibilographique des méthodes d’analyse stochastique des écoulements dans un milieu poreux, on présente la théorie de fiabilité permettant de calculer la probabilité d’états hydrauliques critiques et on montre comment celle-ci peut être couplée facilement avec la méthode des éléments finis.
