E1 - M2N > O2-a. Capillarité
les travaux réalisés au LaSIE concernent l’étude du comportement des ponts capillaires jusqu’à la rupture, en se focalisant sur les instabilités et le comportement dynamique (très rapide) associés à une évolution proche de la rupture. Ils sont liés à une thématique fondamentale en mécanique et en physique, la capillarité. Les applications sont multiples et peuvent concerner la géomécanique, les géosciences, ou encore les sciences du vivant (stabilité des sols à morphologie granulaire, avalanches, glissements de terrain, remontée de la sève dans les capillaires fins, compaction de poudres cohésives …).
Dans ces travaux, on se focalise sur la description fine et la modélisation des interfaces capillaires (ponts capillaires) entre les trois phases en présence, à savoir la phase solide (grains rigides), la phase liquide (eau) et la phase gazeuse (air), ainsi que sur les interactions entre ces phases. Les ponts capillaires qui se créent, en présence d’eau entre les grains solides, donnent lieu à des forces capillaires d’attraction entre ces grains, assurant ainsi une cohésion du milieu granulaire partiellement saturé. Il est admis que les processus géomécaniques complexes à grande échelle (stabilité des sols à morphologie granulaire, avalanches, glissements de terrain) trouvent leurs origines à des petites échelles, et notamment à l’échelle de la particule élémentaire. Il apparaît donc naturel et nécessaire dans ce contexte de bien comprendre la physique et la mécanique à l’échelle des grains, ainsi que les interactions d’origine capillaire résultantes.
Des résultats mathématiques récents obtenus au LaSIE permettent d’identifier, par méthode inverse lorsque la pression capillaire est inconnue, la géométrie exacte du pont capillaire comme une surface de révolution avec une courbure moyenne constante et de déterminer les caractéristiques associées (volume, surface, force capillaire, pression). Cette méthode utilise les techniques d’imagerie et de traitement d’image pour accéder aux points de contact de la ligne triple (interface entre les 3 phases), aux angles de mouillage et de remplissage et au rayon de gorge. Afin de s’affranchir de la distorsion des ponts capillaires due à la gravité et de découpler les phénomènes physiques en jeu, des expériences en micro-gravité ont été réalisées en vol parabolique avec le CNES.
- Rupture des ponts capillaires