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Granulats et matériaux granulaires

L'entretien du réseau français d'infrastructures de transport consomme d'importantes quantités de granulats provenant principalement d'une des 2700 exploitations de granulats naturels du pays.

Nos travaux de recherche et de développement relatifs à la caractérisation des granulats et à l'étude du comportement des matériaux granulaires contribuent à économiser ces ressources naturelles en visant l'évaluation au plus juste de l'aptitude des granulats naturels ou alternatifs à un usage donné (GNT, enrobé hydrocarboné, béton hydraulique, couche de ballast, ...).

La recherche se décline en deux sous axes :

  1.     caractérisation des granulats
  2.     physique des matériaux granulaires

Caractérisation des granulats

mots clés: angularité, propriétés mécaniques, humidité

Mesure de l'angularité des granulats

Suite au travail mené en partenariat avec le CEREMA,  la nouvelle génération de vidéogranulomètres mlpc®  permet désormais de déterminer et de visualiser, outre la taille et la forme des gravillons, leur angularité.  Ces développements récents ont été valorisés par la SNCF via la mise en œuvre d’exigences en termes d’angularité minimale du ballast de voies ferrées. (contact: Yannick Descantes)

Caractéristiques mécaniques des granulats

Nous avons travaillé sur l’amélioration du mode opératoire de l’essai de polissage accéléré des gravillons dans le but de le rendre plus reproductible (contrat UNPG + UK, B, D). Ces travaux sont  en cours de valorisation dans le cadre de la révision de la norme européenne EN 1097-8.(contact: Yannick Descantes)

 

Valorisation des sables

Un projet porte sur mieux caractériser le rôle des fines argileuses dans la sensibilité à l’eau des enrobés hydrocarbonés à chaud.
Une autre action vise à réaliser et valider un démonstrateur dédié à la détection de l’état saturé-surface-sèche de sables naturels ou de recyclage avec leurs fines, afin de mieux appréhender leur aptitude à piéger l’eau d’apport des matériaux granulaires (GNT et bétons hydrauliques principalement). (contact: Yannick Descantes)

Mesure en ligne  de l’humidité des granulats

Cette recherche vise à developper une sonde sans contact, et à améliorer la précision de mesure pour les applications traditionnelles, mais aussi de mesurer des graves lors de la fabrication, défi industriel actuel. Ce projet est une collaboration du GPEM avec l'entreprise HYDROSTOP, le CEREMA et les Carrières Courant, et a été soutenu par la région Pays de la Loire. (contact: Bogdan Cazacliu)

 

 

 

Physique des matériaux granulaires

mots clés: forme des grains, rhéologie et glissement à une paroi, ...

Modélisation  de l’influence des propriétés à l'échelle de la particule sur le comportement macroscopique des matériaux

Notre recherche dans cet axe s'appuie en grande partie  sur la simulation numérique discrète.
Nous utilisons la méthode de dynamique de contact non régulière (NSCD, et en particulier à travers la plateforme LMGC90), et aussi la dynamique moléculaire.
Nous avons étudié, en collaboration avec le laboratoire Navier, l’effet de l'angularité des particules sur l'écoulement d'un assemblage dense sur plan incliné. Ces travaux ont été suivis par une thèse, en collaboration avec le laboratoire Navier et l’institut de physique de Rennes, dédiée à l’étude de l’influence de la polydispersité, de la taille et de la forme des particules sur la compacité maximale d'un ballast.
(contact: Yannick Descantes, Patrick Richard, Riccardo Artoni)

 granular flow on a bumpy wall

Rhéologie des écoulements granulaires à l'interface avec une paroi

Nous travaillons sur la rhéologie  des matériaux  granulaires et en particulier sur  l’influence de parois, qu’elles soient lisses ou rugueuses. Peut-on traiter ces dernières via une simple condition aux limites ? Si oui comment les propriétés de la paroi (rugosité par exemple) et celles de l’écoulement influencent-elles cette condition? Est-il nécessaire d’introduire des corrélations à longue portée entre l’écoulement et les parois ?
Ces questions  sont d’autant plus importantes que les dispositifs industriels transportant des matériaux granulaires ont une géométrie confinée.
(contact: Patrick Richard, Riccardo Artoni)

 

Rhéologie des matériaux granulaires humides

Nous avons récemment étudié l'effet de la quantité de liquide, de sa tension de surface, des dimensions des particules sur l'effondrement d'une colonne de grains. Les expériences ont été accompagnées par des simulations numériques discrètes. Des lois d'échelle ont été proposées, et des approches de modélisation discutées.  Recherche en collaboration avec l'Université de Padoue en Italie.
(contact: Riccardo Artoni)

 

Ecoulements complexes industriels

Des études en collaboration avec l'Université de Padoue en Italie ont également été menées sur la ségrégation, le mélange et l'évolution des profils de vitesse dans des écoulements complexes industriels.
(contact: Riccardo Artoni)