Grains et liquides : une même cohésion

27 mai 2008

Et si le sable coulait comme l’eau ? Des chercheurs du Centre de Physique Moléculaire Optique et Hertzienne (1) (CNRS/ Université Bordeaux 1) viennent de montrer que même en l’absence de force attractive entre les grains d’un jet de sable, ceux-ci montrent une cohésion semblable à celle des liquides. Ces résultats sont publiés le 30 mai 2008 dans la revue Physical Review Letters.

Comment s’écoule le jet de grains en sortie d’un silo qui se vide ou le jet de sucre versé par le pâtissier ? Semblables aux liquides (2), les milieux granulaires peuvent s’écouler, mais aucune force entre grains n’assure leur cohésion. Pourtant, en étudiant les ondes qui se forment et se propagent à la surface d’un jet de sable, les physiciens ont observé la signature d’effets de cohésion. Comme les très petites rides qui se forment à la surface de l’eau, ces ondes sont la signature de l’existence d’une « peau élastique tendue » à la surface du grain. Cette « peau » des milieux granulaires en écoulement est la tension de surface.

En mesurant la vitesse de propagation de ces ondes, les chercheurs ont montré que cet effet de cohésion résultait d’une diminution de la pression de l’air qui se trouve entre les grains dans l’écoulement. Lorsque le milieu s’écoule, il se forme une dépression au sein de l’écoulement ramenant vers le jet, les grains qui s’en écartent. Ces résultats vont permettre de mieux comprendre ce qui se passe à très petite échelle dans l’écoulement des granulaires, des matériaux si communs mais pourtant encore mal compris.


© CNRS 2008 Yacine Amarouchene (cette image est disponible auprès de la photothèque du CNRS, phototheque@cnrs-bellevue.fr).: Jet de billes de verre s’écoulant d’un entonnoir.

Notes :

1) CPMOH
2) La surface des liquides est semblable à une membrane élastique sous tension, responsable par exemple de la pression à l’intérieur des bulles de savon. Cette « tension de surface » est due aux forces de cohésion entre les molécules du liquide.

En savoir plus

Capillarylike Fluctuations at the Interface of Falling Granular Jets, Y. Amarouchene, J-F Boudet and H. Kellay, Phys. Rev. Lett. *100*, 218001 (2008).

Lire le communiqué de presse du CNRS : http://www2.cnrs.fr/presse/communiq...