Dynamique de l’étalement d’une masse granulaire : expérimentation numérique

Résumé: De nombreux écoulements naturels impliquant des roches et des débris variés peuvent être considérés comme granulaires dès lors que le fluide piégé dans les interstices joue peu ou pas de rôle dans la dynamique globale. Cependant, la compréhension de la dynamique d'une collection dense de grains est encore très partielle, ce qui se traduit essentiellement par l'absence de modèle prédictif fiable dans le cas de nombreux écoulements granulaires modèles, et à plus forte raison dans le cas d'écoulements naturels. Comprendre la rhéologie des écoulements granulaires apparaît donc une étape essentielle à l'élaboration de modèles performants des écoulements naturels. Dans ce contexte, l'utilisation de simulations numériques discrètes, c'est-à-dire modélisant explicitement les grains constituant le milieu, permet d'une part d'étudier en détail la structure des écoulements et l'origine physique de leurs propriétés moyennes, et d'autre part d'évaluer et d'améliorer les modèles continus existants. Récemment, des expériences idéalisées d'étalement d'une masse granulaire ont montré une phénoménologie très riche qui, malgré la simplicité du dispositif expérimental, restent seulement partiellement comprises. L'expérience consiste à laisser s'effondrer une colonne de grains initialement confinée sur un plan horizontal, et s'étaler librement jusqu'à son arrêt. Mettant en oeuvre une méthode de simulation discrète, nous étudions les détails de cette expérience d'étalement et essayons de distinguer comment la condition initiale et les propriétés des grains contrôlent la dynamique globale et la longueur finale d'écoulement. Par ailleurs, comparant avec des simulations de type St Venant, nous discutons la modélisation continue de tels écoulements. Nous montrons ainsi qu'une loi de frottement basale simple est acceptable dès lors que nous introduisons dans le modèle l'accélération initiale de la masse en écoulement. Ces résultats suggèrent que la prise en compte correcte de cette accélération initiale est un ingrédient fondamental de la modélisation continue des écoulements granulaires. --------------------------------------------------------------- Séminaires de Modélisation et Tomographie Géophysique ---------------------------------------------------------------