Formation de rivières fractales en milieux granulaires

Publié par Redbran le 19/01/2017 à 12:00
Source: CNRS-INSIS
Une formation de rivières fractales lors de l'érosion d'un lit granulaire.

Architecte du Grand Canyon et des fjords, l'érosion taille des paysages remarquables. Les tout premiers instants du phénomène restent cependant méconnus. Une collaboration internationale, impliquant des membres de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) universitaire des systèmes thermiques industriels, a montré que l'érosion d'un lit granulaire commençait par la formation de rivières fractales. Ces travaux sont publiés dans la revue PNAS.


© IUSTI
Exemple de trajectoires des particules et de formation de rivières fractales
L'érosion d'un lit de particules démarre lorsque les forces hydrodynamiques du fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette...) qui le recouvre dépassent une certaine fraction du poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la...) des particules. Si le phénomène est bien connu, la description complète du seuil de mise en mouvement manque toujours au niveau microscopique. Une étude réalisée dans le cadre d'une collaboration internationale, dont une équipe de l'Institut universitaire des systèmes thermiques industriels (IUSTI, CNRS/Aix-Marseille université), a adopté une approche à la fois théorique, numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information...) et expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes...) du phénomène. Les chercheurs se sont aperçus que, lorsqu'elles se déplacent, les particules en surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) forment des motifs fractals qui rappellent les embranchements des cours d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...).

Ces résultats peuvent être expliqués par un modèle qui intègre à la fois le désordre du lit statique (Le mot statique peut désigner ou qualifier ce qui est relatif à l'absence de mouvement. Il peut...) et les interactions entre les particules mobiles qui s'entrechoquent. Il établit un nouveau lien entre les phénomènes d'érosion de sédiments et les transitions de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) qui se produisent dans des environnements désordonnés. Ce modèle théorique peut également s'appliquer à certains supraconducteurs désordonnés. Les milieux granulaires, où les particules sont faciles à visualiser, sont donc idéaux pour faire progresser la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) du désordre.

Références publication:
Scale-free channeling patterns near the onset of erosion of sheared granular beds,
P. Aussillous, Z. Zou, E. Guazzelli, L. Yan, and M. Wyart
PNAS - Volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) 113, No 42
DOI: 10.1073/pnas.1609023113

Contacts chercheur:
Pascale Aussillous - IUSTI
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