Des ultrasons pour sonder les sables mouvants
Publié par Adrien le 13/04/2019 à 08:00
Source: CNRS INSIS
Impliquée dans des phénomènes tels que les sables mouvants, la liquéfaction des sols est un phénomène qui recèle encore des mystères. Des chercheurs de l'Institut Langevin y ont apporté un nouvel éclairage, montrant qu'elle pouvait être provoquée par une lubrification entre les grains du sol causée par des vibrations. Ces résultats, publiés dans la revue Scientific Report, se basent sur des mesures prises par un sonar à ultrasons.


Principe de fonctionnement: une bille d'acier s'enfonce dans une suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de particule. En géomorphologie, la suspension est un...) de billes de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium...) saturée d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), sous vibration horizontale. L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui...) est suivi à distance par un sonar à ultrasons (photo prise par Alister Trabattoni). © Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical...) Langevin

La liquéfaction (La liquéfaction est un changement d'état qui fait passer un corps de l'état gazeux à l'état liquide. Elle est la transformation inverse de la...) des sols entraîne des dégâts considérables tels que des basculements d'immeubles, des ruptures (Ruptures est le second album de la série de science-fiction Orbital constituée de diptyques, dessiné par Serge Pellé et écrit par Sylvain Runberg, sorti en juin 2007 par les éditions Dupuis.) de barrages ou des effondrements de ponts. Sous l'effet d'une secousse sismique, un sol granulaire, initialement lâche, tend à se compacter. L'eau qu'il contient remonte et met temporairement les grains qui le composent en suspension. Dans cette phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :), le sol se comporte comme une roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du sous-sol est formé par un assemblage de...) meuble, qui n'offre plus aucune résistance à un chargement (Le mot chargement peut désigner l'action de charger ou son résultat :) extérieur. Dans le cas d'un sol initialement compact, des chercheurs de l'Institut Langevin (CNRS/ESPCI Paris) ont découvert que cette transition d'un état solide vers un état fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont...) résultait plutôt d'une lubrification acoustique (L’acoustique est une branche de la physique dont l’objet est l’étude des sons et des ondes mécaniques. Elle fait appel...): les vibrations du sol, émises dans la gamme acoustique, réduisent la friction entre les grains qui glissent alors entre eux sans que cela soit visible à l'oeil nu.

Les chercheurs se sont appuyés sur un dispositif expérimental basé sur un bac rempli de billes de verre de 100 micromètres de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur de ce segment. Pour indiquer...) et saturé en eau. Une bille en acier de quelques millimètres est posée au-dessus, l'enfoncement de cet intrus est mesuré grâce à un sonar qui le suit même quand il est entièrement immergé. Il reste initialement en place jusqu'à ce que des vibrations horizontales soient appliquées à la cuve. Quand elles atteignent certaines amplitudes, l'intrus se met à couler et à descendre de plus en plus profondément dans le sol, sans qu'une montée du niveau de l'eau ou que des réarrangements macroscopiques des billes en surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa...) ne soient visibles. Cette étude pourrait aboutir à une meilleure compréhension des glissements de terrain provoqués par des vibrations, que celles-ci soient liées aux activités humaines ou à des phénomènes naturels, tels que les volcans.

Références:

Ultrasonic tracking of a sinking ball in a vibrated dense granular suspension,
S. van den Wildenberg, X. Jia, J. Léopoldès & A. Tourin.
Scientific Reports, volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) 9, Article number: 5460 (2019)
DOI: 10.1038/s41598-019-41749-2
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