Mesurer les particules en suspensions des avalanches ou tempêtes de sable avec... du son

Publié par Redbran le 18/10/2020 à 13:00
Source: CNRS INSU

Petite avalanche poudreuse à Zinal en Suisse © dahu1
Les suspensions diluées dans lesquelles les particules solides sont transportées par un gaz turbulent sont présentes dans divers contextes géophysiques. Les exemples incluent les tempêtes de sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites...), les avalanches de neige (La neige est une forme de précipitation, constituée de glace cristallisée et...) et les courants de densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) pyroclastiques. Les propriétés de ces suspensions, telles que la vitesse (On distingue :) d'écoulement, la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) et la distance de parcours, sont, dans une large mesure, déterminées par la concentration de particules. Cependant, cette concentration reste difficile à mesurer expérimentalement en raison de l'opacité (L'opacité est l'inverse de la transparence. Qui s'oppose au passage de la lumière.) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) du milieu due à la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de...) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) par les particules, ce qui complique l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) tridimensionnelle des suspensions.

Des chercheurs ont mis au point (Graphie) une technique qui permet de mesurer, par méthode acoustique (L’acoustique est une branche de la physique dont l’objet est l’étude des...), la concentration solide locale dans des suspensions turbulentes d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) et de particules. Ils ont observé deux caractéristiques importantes de ces mélanges biphasés: le gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) turbulent (Le HMS Turbulent (n° de coque : S 87) est un bâtiment de la classe Trafalgar de sept...) met en suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de...) les particules jusqu'à une concentration critique (maximale), et cette concentration critique est contrôlée par la formation d'amas de particules qui apparaissent néanmoins à des concentrations inférieures.

Ces résultats ont été obtenus en menant des expériences dans un conteneur (Dans le domaine du transport, un container (de l'anglais), parfois francisé en conteneur, est...) rectangulaire dans lequel des billes de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...) d'un diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) de 77 ou 155 micromètres étaient suspendues par un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) d'air vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en...) ascendant. Les chercheurs ont mesuré la propagation balistique (La balistique est la science qui a pour objet l'étude du mouvement des projectiles.) des ultrasons à travers la suspension. Puis, ils ont extrait la concentration des particules à partir de l'atténuation (Perte d'intensité et amplitude d'un signal...) et de la vitesse de phase (Une onde est une perturbation qui se déplace dans un milieu. Il est possible de lui associer deux...) des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) ultrasonores sur la base de modèles de diffusion d'ondes acoustiques et d'hydrodynamique d'un milieu diphasique. Ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) apporte un nouvel outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son...) pour étudier expérimentalement les processus fondamentaux des mélanges turbulents de gaz et de particules. Ce point est particulièrement critique pour la compréhension des phénomènes naturels comme les courants de densité pyroclastiques dont l'observation directe est pratiquement impossible.


a) Dispositif expérimental. b) La concentration des particules (billes de verre) est mesurée par sondage ultrasonique à l'aide d'un émetteur (D) et d'un récepteur (S). c) Schéma du flux d'air à vitesse U nécessaire pour suspendre les billes. © LMV

En savoir plus:
Acoustic probing of the particle concentration in turbulent granular suspensions in air - Scientific Reports, volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) 16, Article number: 16544.
S. van den Wildenberg, X. Jia and O. Roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce...).
https://doi.org/10.1038/s41598-020-73427-z

Contact:
- Siet van den Wildenberg - LMV -siet.van_den_wildenberg at uca (Uca est un genre de crabes de la famille des Ocypodidae. Il regroupe une centaine d'espèces de...).fr
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