Mouvements rapides chez les plantes : mesures mécaniques et hydrodynamiques à l'échelle cellulaire

Les plantes offrent un exemple de système vivant capable de produire des mouvements mécaniques en l'absence de muscle. Parmi ces mouvements, la fermeture rapide du piège de la plante carnivore Dionée fait figure de paradigme. Nous avions mis en évidence le rôle de l'élasticité et de la géométrie dans le mécanisme de fermeture (instabilité de flambage). Nous étudions maintenant l'origine interne de ce mouvement grâce à un dispositif micro-fluidique qui permet de mesurer en temps réel et in vivo des paramètres mécaniques à l'échelle cellulaire (pression, élasticité, perméabilité)

Segregation in sheared granular flows: forces on a single coarse particle

International audienceIn order to better understand the mechanism governing segregation in granular flows, the force experienced by a large particle embedded in a granular flow made of small particles is studied using discrete numerical simulations. An empirical expression of the segregation force is proposed as a function of the stress distribution

Depth-Independent Drag Force Induced by Stirring in Granular Media

Publisher version: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.110.138303 5 pagesInternational audienceThe drag force experienced by a horizontal cylinder rotating around the vertical axis in a granular medium under gravity is experimentally investigated. We show that for deeply buried objects, the drag force dramatically drops after half a turn, as soon as the cylinder crosses its own wake. Whereas the drag during the first half turn increases linearly with the depth, the drag after several rotations appears to be independent of depth, in contradiction with the classical frictional picture stipulating that the drag is proportional to the hydrostatic pressure. We systematically study how the saturated drag force scales with the control parameters and show that this effect may be used to drill deeply in a granular medium without developing high torques

Interparticle friction leads to non-monotonic flow curves and hysteresis in viscous suspensions

Hysteresis is a major feature of the solid-liquid transition in granular materials. This property, by allowing metastable states, can potentially yield catastrophic phenomena such as earthquakes or aerial landslides. The origin of hysteresis in granular flows is still debated. However, most mechanisms put forward so far rely on the presence of inertia at the particle level. In this paper, we study the avalanche dynamics of non-Brownian suspensions in slowly rotating drums and reveal large hysteresis of the avalanche angle even in the absence of inertia. By using micro-silica particles whose interparticle friction coefficient can be turned off, we show that microscopic friction, conversely to inertia, is key to triggering hysteresis in granular suspensions. To understand this link between friction and hysteresis, we use the rotating drum as a rheometer to extract the suspension rheology close to the flow onset for both frictional and frictionless suspensions. This analysis shows that the flow rule for frictionless particles is monotonous and follows a power law of exponent $\alpha \!= \! 0.37 \pm 0.05$, in close agreement with the previous theoretical prediction, $\alpha\!=\! 0.35$. By contrast, the flow rule for frictional particles suggests a velocity-weakening behavior, thereby explaining the flow instability and the emergence of hysteresis. These findings show that hysteresis can also occur in particulate media without inertia, questioning the intimate nature of this phenomenon. By highlighting the role of microscopic friction, our results may be of interest in the geophysical context to understand the failure mechanism at the origin of undersea landslides.Comment: 10 pages, 8 figure

Deformation upon impact of a concentrated suspension drop

We study the impact between a plate and a drop of non-colloidal solid particles suspended in a Newtonian liquid, with a specific attention to the case when the particle volume fraction, $\phi$, is close to - or even exceeds - the critical volume fraction, $\phi_c$, at which the steady effective viscosity of the suspension diverges. We use a specific concentration protocol together with an accurate determination of $\phi$ for each drop and we measure the deformation $\beta$ for different liquid viscosities, impact velocities and particle sizes. At low volume fractions, $\beta$ is found to follow closely an effective Newtonian behavior, which we determine by documenting the low deformation limit for a highly viscous Newtonian drop and characterizing the effective shear viscosity of our suspensions. By contrast, whereas the effective Newtonian approach predicts that $\beta$ vanishes at $\phi_c$, a finite deformation is observed for $\phi>\phi_c$. This finite deformation remains controlled by the suspending liquid viscosity and increases with increasing particle size, which suggests that the dilatancy of the particle phase is a key factor of the dissipation process close to and above $\phi_c$.Comment: Submitted to JF

Lift forces in granular media

Published version: http://scitation.aip.org/content/aip/journal/pof2/26/4/10.1063/1.4869859International audienceThe paper presents an experimental and numerical study of the forces experienced by a cylinder moving horizontally in a granular medium under gravity. Despite the symmetry of the object, a strong lift force is measured. Whereas the drag force increases linearly with depth, the lift force is shown to saturate at depths much greater than the cylinder diameter, and to scale like the buoyancy with a large amplification factor of order 20. The origin of this high lift force is discussed based on the stress distribution measured in discrete numerical simulations. The lift force comes from the gravitational pressure gradient, which breaks the up/down symmetry and strongly modifies the flow around the obstacle compared to the case without pressure gradient

Physique des mouvements rapides chez les plantes

National audienceDépourvues de muscles, certaines plantes mettent en œuvre des mouvements dont la fulgurance est comparable à celle des animaux. Nous montrons dans cet article que beaucoup de ces mouvements, nécessités par la reproduction ou la nutrition, ont la même base physique : une instabilité mécanique qui libère de l’énergie élastique stockée. Deux grands types d’instabilités mécaniques sont utilisés par les plantes pour amplifier la vitesse de leur mouvement : les ruptures solides ou liquides (cavitation) pour la propulsion des graines ou des spores de fougères, et les instabilités de flambage élastique pour les pièges des plantes carnivores, telles que la Dionée ou l’utriculaire

Forces subies par un objet en mouvement dans un milieu granulaire

Les forces s'exerçant sur un objet en mouvement dans un milieu granulaire ont été assez peu étudiées, en particulier pour les forces perpendiculaires à la direction de déplacement. Nous présenterons une expérience permettant la mesure de ces forces pour un objet en translation horizontale, et montrerons la présence d'une force de portance un ordre de grandeur supérieure à la poussée d'Archimède. L'influence de différents paramètres (vitesse, forme, enfoncement etc.) sera étudiée. Ces résultats seront reliés à des modélisations récemment proposées pour la rhéologie des milieux granulaires

Traînée et portance dans un milieu granulaire

Nous étudions les forces s'exerçant sur un cylindre en mouvement dans un milieu granulaire. Expérimentalement, un cylindre horizontal est mis en rotation à faible vitesse dans un bac de billes de verre. Les forces s'exerçant sur cet objet dans la direction du mouvement (forces de traînée) et dans la direction verticale (portance) sont mesurées. Le premier résultat important est observé lors du premier demi-tour, avant que le cylindre ne repasse dans son propre sillage. Malgré la symétrie de l'objet, nous mettons en évidence l'existence d'une force de portance importante sur le cylindre, de l'ordre de 20 fois la poussée d'Archimède du milieu. Après une étude systématique des lois d'échelles de cette force en fonction des paramètres, nous discuterons de son origine en lien avec la rhéologie des milieux granulaires. Dans un second temps, nous présenterons un phénomène surprenant intervenant aux temps longs, le cylindre étant repassé plusieurs fois dans son sillage. On observe que la force de trainée chute et sature avec la profondeur, ne variant plus au delà d'un certain enfoncement. Le milieu semble ainsi se structurer sous l'effet des passages répétés du cylindres, contrecarrant le poids des grains au dessus de l'objet