La physique du tas de sable
14/02/08

L’étude quantitative de la cohésion en physique du tas de sable est assez récente, même si la question est posée depuis très longtemps dans les domaines appliqués. Elle est rendue complexe par la difficulté à mesurer et à contrôler la cohésion entre les grains d’un empilement : la cohésion d’une poudre peut être réduite en l’asséchant par exemple, mais ce ne sera pas quantitatif. Pour quantifier, il faut ruser. Et aujourd’hui encore, ce n’est possible qu’avec certains types de grains. «Nous avons eu l’idée de recourir à des grains métalliques placés dans un champ magnétique, explique Geoffroy Lumay. De la sorte, les grains sont transformés en petits aimants qui interagissent entre eux. La cohésion du matériau, induite par le champ magnétique, est ainsi réglable et quantifiable à souhait, simplement en tournant un bouton... même si dans la pratique, l’analyse rigoureuse n’est pas si simple : chaque petit aimant produit son propre champ magnétique qui va interagir avec celui des autres grains et celui initial d’une manière très compliquée. Mais le principe est celui-là

Cohesion billes FR

Le recours à cette technique a conduit à la mise en évidence de l’influence de la cohésion sur les propriétés d’un empilement. Quelle est cette influence ? «Plus le champ magnétique et donc la cohésion sont importants, plus la dynamique de compaction de la poudre sera lente et donc plus elle occupera un volume important, reprend Lumay. En diminuant lentement le champ magnétique et donc la cohésion, la gravité reprend progressivement le dessus et les grains vont avoir tendance à retomber, réduisant leur volume. Finalement, la fraction volumique occupée par la poudre lorsque le champ magnétique arrive à zéro est plus faible que si l’empilement avait été construit sans le détour par un champ magnétique. Notre technique permet ainsi d’obtenir des empilements avec des fractions volumiques étonnamment faibles et inaccessibles dans l’air sans notre artifice.»



Lire : Lumay G., Vandewalle N., Tunable random packings, New J. of Phys. 9, 406, 2007.

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