A biaxial apparatus for the study of heterogeneous and intermittent strains in granular materials

We present an experimental apparatus specifically designed to investigate the precursors of failure in granular materials. A sample of granular material is placed between a latex membrane and a glass plate. A confining effective pressure is applied by applying vacuum to the sample. Displacement-controlled compression is applied in the vertical direction, while the specimen deforms in plane strain. A Diffusing Wave Spectroscopy visualization setup gives access to the measurement of deformations near the glass plate. After describing the different parts of this experimental setup, we present a demonstration experiment where extremely small (of order $10^{-5}$) heterogeneous strains are measured during the loading process

Rupture de matériaux amorphes : cascades d'événements plastiques et hétérogénéités

Nous discuterons des résultats expérimentaux récents sur les hétérogénéités de l'écoulement plastique d'un matériau amorphe. Les zones d'écoulements plastiques s'organisent pour former une structure fluctuante de micro-bandes. Cette micro-structure de l'écoulement peut être décrite en considérant les interactions élastiques entre événements plastiques au sein du matériau. La transition entre cet écoulement plastique et la localisation finale de l'écoulement sera également discutée

Effets d'un dispositif de formation d'enseignants : outils numériques pour développer l'autonomie des élèves en physique-chimie

This work aims at answering the following question: under what conditions can teacher training in physics and chemistry contribute to the development of digital uses favoring students' autonomy? Two lines of research are developed: 1. a collaborative research with physics-chemistry teachers leading to the design and implementation of a scenario in class ; 2. the design, the implementation and the analysis of a training device for the use of digital tools favoring students' autonomy (in Master 2 MEEF physics-chemistry).We use the praxeological organization (Chevallard) in the seven dimensions of autonomy (Albero): technical, informational, methodological, social, cognitive, meta-cognitive and psycho-affective. This framework allows us to put forward the construction of professional competences of physics-chemistry trainee teachers in a praxeological organization of the domains of autonomy. We show how the collective work of trainee teachers as well as the design and implementation of classroom scenarios are decisive in the development of a praxeology of the different dimensions of student autonomy using digital tools.Ces travaux visent à répondre au questionnement suivant : à quelles conditions une formation d’enseignants en physique-chimie peut-elle contribuer à développer des usages du numérique favorisant l’autonomie des élèves ? Deux axes de recherche sont développés : 1. une recherche collaborative avec des enseignants de physique-chimie menant à la conception et la mise en oeuvre d’un scénario en classe ; 2. la conception, la mise en oeuvre et l’analyse d’un dispositif de formation aux usages d’outils numériques favorisant l’autonomie des élèves (en Master 2 MEEF physique-chimie). Nous utilisons l’organisation praxéologique (Chevallard) dans les sept dimensions de l’autonomie (Albero) : technique, informationnelle, méthodologique, sociale, cognitive, méta-cognitive et psycho-affective. Ce cadre nous permet de mettre en avant la construction de compétences professionnelles des professeurs stagiaires de physique-chimie dans une organisation praxéologique des domaines de l’autonomie. Nous montrons comment le travail collectif des professeurs stagiaires ainsi que la conception et la mise en oeuvre de scénarios de classe sont déterminants dans le développement d’une praxéologie des différentes dimensions de l’autonomie des élèves à l’aide des outils numériques

Pratiques d’un collectif d’enseignants de physique-chimie, les outils numériques pour favoriser l’autonomie des élèves

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Étude expérimentale de la plasticité et des précurseurs à la rupture de milieux granulaires

Granular materials belong to amorphous media and display localization of deformation when submitted to a large enough stress. Indeed, shear bands appear at the failure of a granular medium and this solid/liquid transition is still an open question. In order to characterize this dynamics and to observe rupture precursors, we developed an experimental device of plane strain biaxial test. It consists in a quasistatic uniaxial compression of a model granular sample made of glass microbeads under confinement pressure. We used an original interferometric method based on multiple light scattering to probe tiny deformations. Our experiments evidenced two types of deformation, those two behaviors differ in their dynamics and their characteristic angle. We observed for the first time an organization of the deformation in an intermittent microbands network from the early stage of the loading. We interpreted this behavior as a cascade of Eshelby-like localized rearrangements. This emerging collective dynamics is not due to friction and can be understood in the framework of amorphous media plasticity. At the failure, permanent shear bands of inclination governed by internal friction angle (Mohr-Coulomb) appear. During the loading, both types of strain coexist displaying a complex transition between plastic flow and frictional shear bands.Comme tous les milieux amorphes, lorsque les milieux granulaires sont soumis à une contrainte suffisamment importante, ils présentent de la localisation de la déformation. Lors de la rupture d'un matériau granulaire, on assiste ainsi à la formation de bandes de cisaillement. Cette transition solide-liquide est encore largement incomprise. Dans le but de caractériser cette dynamique et d'observer des précurseurs à la rupture, nous avons développé un dispositif expérimental original de test biaxial en déformation plane. Il consiste à appliquer une compression uni-axiale quasi-statique à un échantillon granulaire modèle constitué de micro-billes de verre soumis à une pression de confinement. La compréhension des mécanismes physiques mis en jeu nécessite d'observer de très faibles déformations, pour cela nous utilisons une méthode interférométrique basée sur la diffusion multiple de la lumière. Lors des expériences, nous avons mis en évidence deux types de déformation distincts caractérisés par une dynamique et des angles caractéristiques différents. Avant la rupture, on observe une dynamique intermittente de micro-bandes organisées en réseau. Il s'agit de la première observation de ce type de dynamique que nous interprétons comme une cascade de réarrangements localisés de type Eshelby. Cette dynamique collective émergente ne fait pas intervenir la friction et s'inscrit dans le cadre de la plasticité des amorphes. À la rupture, nous observons des bandes permanentes dont l'inclinaison est donnée par l'angle de friction interne (Mohr-Coulomb). Au cours de la charge, ces deux types de déformation cohabitent, révélant une transition complexe d'un écoulement plastique à une localisation sur des bandes frictionnelles

Effets d'un dispositif de formation d'enseignants : outils numériques pour développer l'autonomie des élèves en physique-chimie

This work aims at answering the following question: under what conditions can teacher training in physics and chemistry contribute to the development of digital uses favoring students' autonomy? Two lines of research are developed: 1. a collaborative research with physics-chemistry teachers leading to the design and implementation of a scenario in class ; 2. the design, the implementation and the analysis of a training device for the use of digital tools favoring students' autonomy (in Master 2 MEEF physics-chemistry).We use the praxeological organization (Chevallard) in the seven dimensions of autonomy (Albero): technical, informational, methodological, social, cognitive, meta-cognitive and psycho-affective. This framework allows us to put forward the construction of professional competences of physics-chemistry trainee teachers in a praxeological organization of the domains of autonomy. We show how the collective work of trainee teachers as well as the design and implementation of classroom scenarios are decisive in the development of a praxeology of the different dimensions of student autonomy using digital tools.Ces travaux visent à répondre au questionnement suivant : à quelles conditions une formation d’enseignants en physique-chimie peut-elle contribuer à développer des usages du numérique favorisant l’autonomie des élèves ? Deux axes de recherche sont développés : 1. une recherche collaborative avec des enseignants de physique-chimie menant à la conception et la mise en oeuvre d’un scénario en classe ; 2. la conception, la mise en oeuvre et l’analyse d’un dispositif de formation aux usages d’outils numériques favorisant l’autonomie des élèves (en Master 2 MEEF physique-chimie). Nous utilisons l’organisation praxéologique (Chevallard) dans les sept dimensions de l’autonomie (Albero) : technique, informationnelle, méthodologique, sociale, cognitive, méta-cognitive et psycho-affective. Ce cadre nous permet de mettre en avant la construction de compétences professionnelles des professeurs stagiaires de physique-chimie dans une organisation praxéologique des domaines de l’autonomie. Nous montrons comment le travail collectif des professeurs stagiaires ainsi que la conception et la mise en oeuvre de scénarios de classe sont déterminants dans le développement d’une praxéologie des différentes dimensions de l’autonomie des élèves à l’aide des outils numériques

Effects of a teacher training device : digital tools for developing student autonomy in physics and chemistry

Ces travaux visent à répondre au questionnement suivant : à quelles conditions une formation d’enseignants en physique-chimie peut-elle contribuer à développer des usages du numérique favorisant l’autonomie des élèves ? Deux axes de recherche sont développés : 1. une recherche collaborative avec des enseignants de physique-chimie menant à la conception et la mise en oeuvre d’un scénario en classe ; 2. la conception, la mise en oeuvre et l’analyse d’un dispositif de formation aux usages d’outils numériques favorisant l’autonomie des élèves (en Master 2 MEEF physique-chimie). Nous utilisons l’organisation praxéologique (Chevallard) dans les sept dimensions de l’autonomie (Albero) : technique, informationnelle, méthodologique, sociale, cognitive, méta-cognitive et psycho-affective. Ce cadre nous permet de mettre en avant la construction de compétences professionnelles des professeurs stagiaires de physique-chimie dans une organisation praxéologique des domaines de l’autonomie. Nous montrons comment le travail collectif des professeurs stagiaires ainsi que la conception et la mise en oeuvre de scénarios de classe sont déterminants dans le développement d’une praxéologie des différentes dimensions de l’autonomie des élèves à l’aide des outils numériques.This work aims at answering the following question: under what conditions can teacher training in physics and chemistry contribute to the development of digital uses favoring students' autonomy? Two lines of research are developed: 1. a collaborative research with physics-chemistry teachers leading to the design and implementation of a scenario in class ; 2. the design, the implementation and the analysis of a training device for the use of digital tools favoring students' autonomy (in Master 2 MEEF physics-chemistry).We use the praxeological organization (Chevallard) in the seven dimensions of autonomy (Albero): technical, informational, methodological, social, cognitive, meta-cognitive and psycho-affective. This framework allows us to put forward the construction of professional competences of physics-chemistry trainee teachers in a praxeological organization of the domains of autonomy. We show how the collective work of trainee teachers as well as the design and implementation of classroom scenarios are decisive in the development of a praxeology of the different dimensions of student autonomy using digital tools

Les outils numériques pour favoriser l'autonomie des élèves, conception de ressources et de formations pour les enseignants de physique-chimie

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Experimental study of plasticity and precursors to failure of granular media

Comme tous les milieux amorphes, lorsque les milieux granulaires sont soumis à une contrainte suffisamment importante, ils présentent de la localisation de la déformation. Lors de la rupture d'un matériau granulaire, on assiste ainsi à la formation de bandes de cisaillement. Cette transition solide-liquide est encore largement incomprise. Dans le but de caractériser cette dynamique et d'observer des précurseurs à la rupture, nous avons développé un dispositif expérimental original de test biaxial en déformation plane. Il consiste à appliquer une compression uni-axiale quasi-statique à un échantillon granulaire modèle constitué de micro-billes de verre soumis à une pression de confinement. La compréhension des mécanismes physiques mis en jeu nécessite d'observer de très faibles déformations, pour cela nous utilisons une méthode interférométrique basée sur la diffusion multiple de la lumière. Lors des expériences, nous avons mis en évidence deux types de déformation distincts caractérisés par une dynamique et des angles caractéristiques différents. Avant la rupture, on observe une dynamique intermittente de micro-bandes organisées en réseau. Il s'agit de la première observation de ce type de dynamique que nous interprétons comme une cascade de réarrangements localisés de type Eshelby. Cette dynamique collective émergente ne fait pas intervenir la friction et s'inscrit dans le cadre de la plasticité des amorphes. À la rupture, nous observons des bandes permanentes dont l'inclinaison est donnée par l'angle de friction interne (Mohr-Coulomb). Au cours de la charge, ces deux types de déformation cohabitent, révélant une transition complexe d'un écoulement plastique à une localisation sur des bandes frictionnelles.Granular materials belong to amorphous media and display localization of deformation when submitted to a large enough stress. Indeed, shear bands appear at the failure of a granular medium and this solid/liquid transition is still an open question. In order to characterize this dynamics and to observe rupture precursors, we developed an experimental device of plane strain biaxial test. It consists in a quasistatic uniaxial compression of a model granular sample made of glass microbeads under confinement pressure. We used an original interferometric method based on multiple light scattering to probe tiny deformations. Our experiments evidenced two types of deformation, those two behaviors differ in their dynamics and their characteristic angle. We observed for the first time an organization of the deformation in an intermittent microbands network from the early stage of the loading. We interpreted this behavior as a cascade of Eshelby-like localized rearrangements. This emerging collective dynamics is not due to friction and can be understood in the framework of amorphous media plasticity. At the failure, permanent shear bands of inclination governed by internal friction angle (Mohr-Coulomb) appear. During the loading, both types of strain coexist displaying a complex transition between plastic flow and frictional shear bands

A case study of Design-Based Research: characterisation of physics teachers' praxeologies

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