Le sable du point de vue de la physique

Le sable joue un rôle économique, environnemental et culturel important dans la vie des habitants des zones désertiques. Cette matière s’intégrant parfois dans la composition de matériaux utiles, à la construction par exemple, peut présenter par son mouvement ou son accumulation des désagréments, voire des dangers importants. Cela se traduit par une gêne personnelle lors des tempêtes de sable ou par des problèmes d’ensablement plus globaux et plus contraignants du point de vue du développement de ces régions. La compréhension des caractéristiques du sable et des phénomènes liés à son déplacement deviennent alors un enjeu important. C’est une matière qui peut fasciner par différents aspects, notamment le comportement physique qu’elle a en commun avec les autres matériaux granulaires. Le sable peut en effet se comporter, selon les situations, comme s’il était un gaz, un liquide ou un solide. Dans un tas de sable, les contraintes s’organisent selon des réseaux particuliers présentant des formes de voûte. Cette répartition des contraintes est à l’origine de plusieurs comportements non intuitifs qui caractérisent ces milieux. En fonction des circonstances (disponibilité du sable, conditions de vent, granulométrie...), le sable s’organise sous forme d’édifices (rides, dunes, champ dunaire...) présentant des longueurs caractéristiques différentes. Des structures similaires sont observables sous les rivières ou les océans et sur d’autres planètes, telles que Mars ou Vénus. Comprendre les phénomènes physiques mis en jeu dans la formation de ces structures et dans le transport éolien du sable représente une étape importante dans une démarche multidisciplinaire visant à trouver des solutions pour lutter efficacement contre les problèmes d’ensablement et de désertification.Sand: physics’ perspectives.Sand plays an important economic, environmental and cultural role in the lives of people in desert areas. This material which is sometimes integrated into useful materials like for construction, for example, may cause some of annoyances and even significant hazards by its accumulation or displacement. This may result in personal gene during sandstorms or global problems of desertification which are more disturbing in terms of the development of these regions. Understanding the physical behavior of sand and basic phenomena related to its transport becomes an important issue. Sand has various fascinating aspects including physical behavior it has in common with other granular matter. Thus the sand can behave in different situations as if it were a gas, a liquid or a solid. In a pile of sand, the constraints are organized in networks with specific forms of arch. This stress distribution is at the origin of several non-intuitive behaviors that characterize these media. Depending on the circumstances (availability of sand, wind conditions, granulometry, ...), the sand is organized in the form of various geometrical shapes (ripples, dunes, dune field, ...) with different characteristic lengths. Similar structures can be observed under rivers or oceans or on other planets such as Mars or Venus. Understanding the physical phenomena involved in the formation of these structures and aeolian transport of sand is an important step in a multidisciplinary approach aimed at finding effective solutions to the desertification problems

ENHANCED THERMAL CONDUCTIVITY IN NANOFLUIDS UNDER THE ACTION OF OSCILLATING FORCE FIELDS

Published in Journal of Nanoparticle ResearchThe thermal conductivity of nanoparticles colloidal suspensions, submitted to the action of an external force field has been calculated by non equilibrium molecular dynamics simulations. For driven forces in the radio frequency and microwave ranges, we show that the thermal conductivity of nanofluids can be strongly enhanced without cluster formation

Temperature and humidity within a mobile barchan sand dune, implications for microbial survival

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Mélangeur électro-hydrodynamique en microfluidique

Dans cette étude, un micro-mélangeur de géométrie simple est présenté. Il est basé sur l’existence d’une force électro-hydrodynamique (EHD) en présence de deux fluides de propriétés électriques différentes et soumis à un champ électrique. Les électrodes sont disposées de telle sorte que la force électrique générée soit perpendiculaire à l’interface entre les deux fluides, donnant lieu ainsi à un écoulement secondaire transversal. L’efficacité de cette technique est prouvée expérimentalement en utilisant deux fluides avec une viscosité et une densité identiques mais des propriétés électriques différentes. Dans notre étude, l’écoulement des deux fluides dans un micro-canal droit est tel que le nombre de Reynolds est inférieur à 0.02. L’effet d’un champ électrique continu et des champs électriques alternatifs, sinusoïdal et carré, a été étudié aussi bien que le rôle joué par l’amplitude et la fréquence des potentiels appliqués. Pour des valeurs appropriées des paramètres du système, un très bon et rapide mélange s’opère sur une petite distance du cana

Contrôle actif des transferts et matériaux intelligents

Le principe du contrôle actif des écoulements et des transferts est défini. Un exemple basé sur la stabilisation d’un système thermoconvectif supercritique dans une cavité avec source volumique de chaleur est succinctement présenté. Une étude théorique de stabilité linéaire puis des simulations numériques montrent la faisabilité et l’efficacité d’un telle stratégie de contrôle. Enfin, l’intérêt des MEMS et des matériaux intelligents dans la réalisation du contrôle actif dans différents domaines est souligné

Measurements of the relaxation length in aeolian sand transport

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Scaling laws in Aeolian Sand transport

International audienceWe report on wind tunnel measurements on saltating particles in a turbulent boundary layer and provideevidence that over an erodible bed the particle velocity in the saltation layer and the saltation length arealmost invariant with the wind strength, whereas over a nonerodible bed these quantities vary significantlywith the air friction speed. It results that the particle transport rate over an erodible bed does not exhibit acubic dependence with the air friction speed, as predicted by Bagnold, but a quadratic one. This contrastswith saltation over a nonerodible bed where the cubic Bagnold scaling holds. Our findings emphasize thecrucial role of the boundary conditions at the bed and may have important practical consequences foraeolian sand transport in a natural environment

MIXING, REACTION AND HEAT TRANSFER IN A PULSATILE FLOW MICROREACTOR: INFRARED MEASUREMENTS

Single-phase microreactors and micro-heat-exchangers have been widely studied over the last decade. Greater safety, better temperature control and hence better reaction products are provided by the high surface-to-volume ratios and compactness of microscale devices, making them more attractive than conventional systems for future industrial applications. Since the flow in microfluidic devices is predominantly laminar long mixing channels or complex geometries are needed for molecular diffusion and completion of the reaction. Hoping to remove this drawback, we demonstrate experimentally the merits of flow pulsation in enhancing mixing efficiency in a simple T channel (50 gm high, 500 gm wide and 40 mm long). For this purpose, a U-shaped PDMS microchannel is enclosed by a 0.1 mm glass plate coated with an opaque layer that constitutes the fourth wall of the microchannel. We investigate experimentally the effect of flow pulsation on mixing of an acid-base neutralization reaction. The mixing of HCl and NaOH reactants, both of 0.8 mol/L concentration, in a T-shaped microchannel is assured by time-pulsed flows at small Reynolds numbers. The effect of mixing is observed at the location along the microchannel at which the temperature reaches its maximum value. For this purpose, infrared thermography, a non-intrusive temperature measurement technique with spatial resolution of a few tens of microns, is used. The mixing efficiency is shown to depend strongly on the ratio between the peak amplitude and the mean flow rate (between 0.4 and 1 mL/h). Saturation is observed for values of this ratio greater than 2.5. Mixing also appears to be enhanced for frequencies of the periodic inlet flows increasing from 1.25 Hz to 5 Hz, i.e. for increasing Strouhal number

Analyse expérimentales d'une couche limite saturée par des particules en saltation.

De nombreux problèmes d'environnement dans le monde sont liés au mouvement du sable ou de poussières : désertification, dépôt excessif de sédiments au font des rivières, c'est pourquoi ces manifestations naturelles ont toujours intéressées la communauté scientifique. Le travail présenté ici se concentre sur l'analyse d'image d'une couche limite turbulente saturée vis-à-vis du transport en particules en saltation. La soufflerie est celle de l'université d'Aarhus (Danemark) dans laquelle il est possible d'obtenir cette situation de saturation avec deux types de sables calibrés autour de 242 et 320 micromètres. Les mesures présentées correspondent à des images de particules obtenues avec un système PIV qui sont d'une part analysées par traitement d'image avec reconnaissance de particules et d'autre part utilisées pour des calculs de champs de vitesses moyennes. Les profils de distributions de particules montrent une remarquable indépendance vis-à-vis de la vitesse et du diamètre des particules. Les profils de vitesse obtenus mettent en évidence l'accélération des particules pendant tout leur vol et permet d'obtenir les profils de flux comparables à la littérature existante