Mécanismes élémentaires de l'érosion d'un sol cohésif

Les mécanismes élémentaires mis en jeu lors de l'érosion de surface d'un sol cohésif par un écoulement fluide demandent à être mieux connus dans le but d'améliorer la modélisation locale de l'érosion. Cette étude se propose d'analyser le, ou les, mécanisme(s) d'érosion par une approche expérimentale visant à mettre au point des matériaux modèles, pour ensuite les soumettre à des sollicitations hydrodynamiques et mécaniques contrôlées. Dans un premier temps, l'utilisation de matériaux pour lesquels il est possible de faire varier spécifiquement et continûment certaines caractéristiques permettra de déterminer les propriétés ayant une incidence forte sur la résistance à l'érosion et devant être introduites dans des modèles d'érosion. Ensuite, l'analyse plus locale du processus d'érosion permettra d'identifier les mécanismes par lesquels l'action mécanique d'un écoulement fluide conduit à l'arrachement des particules constitutives d'un matériau cohérent

Local mechanisms of cohesive soil erosion

The present study provides an experimental contribution to a better understanding of erosion mechanisms, based on a parametric analysis with different model materials. Such model soils allow for a controlled variation of physical properties, as well as the particle size and shape, and even the cohesion and bonding strength which can be quantified by specific mechanical testing devices. In parallel, the soil’s resistance against erosion can also be somehow quantified by means of experimental procedures such as the JET test (Hanson and Cook 2004). The goal of the investigations presented here is to determine the soil’s mechanical properties having a strong impact on the erosion resistance, and thus being required in an efficient erosion model. The useful case where the model material is also transparent enables, with adapted optical equipment, the time-space monitoring of single soil particles during erosion and thus a local analysis of erosion and soil’s detachment. Experimentally, this condition is achieved by using an oil mixture as eroding fluid and a model soil made out of glass beads possibly bonded with a very viscous liquid, all phases having approximately the same refractive index. Coupling then this refractive index matching technique with the planar laser-induced fluorescence, as already used by Philippe & Badiane (2013), makes it possible to observe the mechanisms by which the fluid flow removes single particles from the cohesive material

Micromechanical features of jet erosion - A numerical perspective

The erosion mechanisms driving the particle detachment of a soil under an impinging jet are here analysed from a micromechanical perspective combining the numerical Discrete Element and Lattice Boltzmann methods (DEM-LBM). Firstly, the local hydrodynamic conditions of both free and impinging jets are examined and briefly discussed, particularly on the relevance of the superficial irregularities of the granular assembly, which can dominate the local distribution of hydrodynamic variables over the impingement area. Profiles of both macromechanic and discrete (micromechanic) variables will be put forward. Then, the onset of erosion is reviewed from a topological point of view (locality of first grain motion) on the basis of a parametric study. Finally, the variation of the critical inflow velocity for the initiation of erosion in dependence on the particle size is also examined and briefly discussed

Étude des mécanismes élémentaires de l’érosion d’un sol cohésif

Elementary mechanisms involved during the surface erosion of a cohesive soil by a fluid flow ask to be better understood for improving the local modelling of erosion. It is the objective of this thesis which aims, by an experimental approach, at working out model materials to submit them to hydrodynamic stresses and controlled mechanic stresses. The study of cohesion-less granular material allowed, in a first approach, to analyse the Shields number formulation to define the erosion threshold. In a second time, the grains have been made cohesive with liquid or solid matrix, and mechanical tests at different scales allowed to generalise the Shields number to both cohesive and non-cohesive particles. The development of erosion tests adjusted in optical index also made possible to visualised the mechanisms by which the fluid flow erode the constitutive particles of the material during Jet Erosion Tests and Hole Erosion Tests. Finally, different kinds of cohesive model materials were tested and show excellent perspectives.Les mécanismes élémentaires mis en jeu lors de l’érosion de surface d’un sol cohésif par un écoulement fluide demandent à être mieux connus dans le but d’améliorer la modélisation locale de l’érosion. En se basant sur une approche expérimentale, l’objectif de cette thèse vise à réaliser une étude paramétrique de l'érosion à l'aide de matériaux modèles, pour ensuite les soumettre à des sollicitations hydrodynamiques et mécaniques contrôlées. L'étude de matériaux granulaires sans cohésion a d'abord permis d'analyser la construction du nombre de Shields pour définir le seuil d'érosion. Ensuite, des essais de traction à différentes échelles ont permis de généraliser le nombre de Shields à des grains cohésifs par la relation entre seuil d'érosion et résistance mécanique. La mise au point de matériaux et d'essais d'érosion iso-indice a également permis de visualiser les mécanismes par lesquels l'écoulement conduit à l’arrachement de particules constitutives du matériau modèle lors d'essais de JET et de HET. Pour finir, d'autres types de matériaux cohésifs modèles ont été plus rapidement étudiés et révèlent de grandes perspectives d'études

Study of the elementary mechanisms of erosion mechanisms of cohesive granular materials

Les mécanismes élémentaires mis en jeu lors de l’érosion de surface d’un sol cohésif par un écoulement fluide demandent à être mieux connus dans le but d’améliorer la modélisation locale de l’érosion. En se basant sur une approche expérimentale, l’objectif de cette thèse vise à réaliser une étude paramétrique de l'érosion à l'aide de matériaux modèles, pour ensuite les soumettre à des sollicitations hydrodynamiques et mécaniques contrôlées. L'étude de matériaux granulaire sans cohésion a d'abord permis d'analyser la construction du nombre de Shields pour définir le seuil d'érosion. Ensuite, des essais de traction à différentes échelles ont permis de généraliser le nombre de Shields à des grains cohésifs par la relation entre seuil d'érosion et résistance mécanique. La mise au point de matériaux et d'essais d'érosion iso-indice a également permis de visualiser les mécanismes par lesquels l'écoulement conduit à l’arrachement de particules constitutives du matériau modèle lors d'essais de JET et de HET. Pour finir, d'autres types de matériaux cohésifs modèles ont été plus rapidement étudiés et révèlent de grandes perspectives d'études.Elementary mechanisms involved during the surface erosion of a cohesive soil by a fluid flow ask to be better understood for improving the local modeling of erosion. It is the objective of this thesis which aims, by an experimental approach, at working out model materials to submit them to hydrodynamic stresses and controlled mechanic stresses. The study of cohesion-less granular material allowed, in a first approach, to analyse the Shields number formulation to define the erosion threshold. In a second time, the grains have been made cohesive with liquid or solid matrix, and mechanical tests at different scales allowed to generalise the Shields number to both cohesive and non-cohesive particles. The development of erosion tests adjusted in optical index also made possible to visualised the mechanisms by which the fluid flow erode the constitutive particles of the material during Jet Erosion Tests and Hole Erosion Tests. Finally, different kinds of cohesive model materials were tested and show excellent perspectives

LA JUSTIFICATION SELON KARL BARTH Investigations dans la problématique de la fonction miroir. Élucidations par les concepts de la philosophie de Francis Jacques.

Etude thématique à travers l'oeuvre d'ensemble de Karl Barth dont la (re)lecture doit viser un investissement en profondeur, susceptible d'apporter joie intense, mais aussi épreuve, voire souffrance, du fait qu'elle nous interpelle en ce que l'existence a de plus urgent et de plus exigeant. Ce thème de la justification à partir duquel nous approcherons donc Karl Barth, nous aurions bien voulu pouvoir l'épuiser, en procéder au moins à un recensement complet, selon une modeste consignation. Quel que soit l'objet d'une étude, nous émiettons immanquablement ce que nous examinons, nous brisons ce que nous étudions en des aspects incompatibles. En regardant un sujet à partir d'une seule et même chose, en l'occurence le miroir, nous pouvons aboutir à des réductions, à des positions inconciliables dans notre raison, nous pouvons manquer le but à atteindre à certains égards. Ce n'est qu'au moment où nous sommes illuminés par la grâce que ces contradictions de notre esprit s'abolissent, non pas rationnellement, toutefois, mais par un moyen supra-rationnel. S'agissant de Karl Barth, il faut avoir à l'esprit que sa théologie est une voie « objective » dans le sens où la dogmatique consiste à considérer l'homme à partir d'un donné objectif, d'une réalité, à savoir que « Dieu s'est fait homme ». Il s'agit là d'une chose que l'on peut comme toute chose tenir à distance de soi pour l'analyser. Elle fait abstraction du moment de l'appropriation de la vérité par l'existant; elle pose Dieu devant l'homme comme objet de connaissance ou encore comme objet d'un « discours sur... »; elle oublie de placer l'homme réellement face à Dieu

Generalized Shields criterion for weakly cohesive granular materials

International audienceThe erosion of natural sediments by a superficial fluid flow is a generic situation in many usual geological or industrial contexts. However, there is still a lack of fundamental knowledge about erosional processes, especially concerning the role of internal cohesion and adhesive stresses on issues such as the critical flow conditions for the erosion onset or the kinetics of soil mass loss. This contribution investigates the influence of cohesion on the surface erosion by an impinging jet flow based on laboratory tests with artificially bondedgranular materials. The model samples are made of spherical glass beads bonded either bysolid bridges made of resin or by liquid bridges made of a highly viscous oil. To quantify the intergranular cohesion, the capillary forces of the liquid bridges are here estimated by measuring their main geometrical parameters with image-processing techniques and using well-known analytical expressions. For the solid bonds, the adhesive strength of the materials is estimated by direct measurement of the yield tensile forces and stresses at the particle and sample scales, respectively, with specific traction tests developed for this purpose. The proper erosion tests are then carried out in an optically adapted device that permits a direct visualization of the scouring process at the jet apex by means of the refractive index matching technique. On this basis, the article qualitatively examines the kinetics of the scour crater excavation for both scenarios, namely, for an intergranular cohesion induced by either liquid or solid bonds. From a quantitative perspective, the critical condition for the erosion onset is discussed specifically for the case of the solid bond cohesion. In this respect, we propose here a generalized form of the Shields criterion based on a common definition of a cohesion number from yield tensile values, derived at both micro- and macro scales. The article finally shows that the proposed form manages to reconcile the experimental data for cohesive and cohesionless materials, the latter in the form of the so-called Shields curve along with some previous results of the authors which have been appropriately revisited

Erosion onset of a cohesionless granular medium by an immersed impinging round jet

International audienceAmong different devices developed quite recently to quantify the resistance to erosion of a natural soil within the broader context of dyke safety, the most commonly used is probably the Jet Erosion Test (JET) in which a scouring crater is induced by impingement of an immersed water jet. A comprehensive experimental investigation on the jet erosion in the specific situation of a cohesionless granular material is presented here. The tests were performed combining special optical techniques allowing for an accurate measurement of the scouring onset and evolution inside an artificially translucent granular sample. The impinging jet hydrodynamics are also analyzed empirically validating the use of a self-similar theoretical framework for the laminar round jet. The critical conditions at the onset of erosion appear to be best described by a dimensionless Shields number based on the inertial drag force created by the fluid flow on the eroded particles rather than on the pressure gradients around them. To conclude, a tentative empirical model for the maximal flow velocity initiating erosion at the bottom of the scoured crater is put forward and discussed in the light of some preliminary results

Seuil d'érosion d'un sol granulaire non-cohésif par un jet impactant immergé

International audienceAmong different devices developed quite recently to quantify the resistance to erosion of a natural soil within the broader context of dyke safety, the most commonly used is probably the Jet Erosion Test (JET) in which a scouring crater is induced by impingement of an immersed water jet. A comprehensive experimental investigation on the jet erosion in the specific situation of a cohesionless granular material is presented here. The tests were performed combining special optical techniques allowing for an accurate measurement of the scouring onset and evolution inside an artificially translucent granular sample. The impinging jet hydrodynamics are also analysed empirically validating the use of a self-similar theoretical framework for the laminar round jet. The critical conditions at the onset of erosion appear to be best described by a dimensionless Shields number based on the inertial drag force created by the fluid flow on the eroded particles rather than on the pressure gradients around them. To conclude, a tentative empirical model for the maximal flow velocity initiating erosion at the bottom of the scoured crater is put forward and discussed in the light of some preliminary results