Rhéophysique de colonnes granulaires perturbées par un intrus mécanique

The work carried out in this thesis explores the behavioral responses of a granular material placed in a cell and subjected to the mechanical disturbance of an intruder. It is divided in two main parts where the experimental and numerical approaches developed are declined: (i) description of the implementation status of a powdery granular medium (grain pouring and static state of the granular column) and ( ii) quantification of a granular bed disturbances by the ascent of an intruder initially placed at the bottom of the cell. This specific configuration constitutes a 2D simplification of real, more complex mechanical stresses that appear in unit operations of mixing or kneading granular materials, such as those used in the industrial sectors of the food industry, agricultural supplies, civil engineering or pharmaceutical. These technological operations, with energy efficiency generally studied empirically according to experimental designs, underlie scientific questions which add a cognitive dimension to the already significant interest represented by their optimization challenges.To answer these questions, two complementary multi-scale approaches are carried out. The first, experimental, is based on a pilot specially developed in this thesis. The second consists in perform numerical simulations by the Discrete Element Method (DEM) coupled with a procedure named coarse-graining.Les travaux réalisés dans cette thèse explorent les réponses comportementales d'un matériau granulaire disposé dans une cellule et soumis à la perturbation mécanique d'un intrus. Ils sont présentés selon deux grandes parties où sont déclinées les approches expérimentales et numériques développées : (i) la description de l'état de mise en œuvre d'un milieu granulaire pulvérulent (versement des grains et état statique de la colonne granulaire) et (ii) la quantification des perturbations du lit de grains par l'ascension d'un intrus initialement placé au fond de la cellule. Cette configuration spécifique constitue une simplification 2D de sollicitations réelles, plus complexes, qui entrent en jeu dans les opérations unitaires de mélange ou de malaxage de matériaux granulaires, telles qu'usitées dans les secteurs industriels de l'agroalimentaire, des agrofournitures, du génie civil ou encore pharmaceutique. Ces opérations technologiques, aux efficacités et rendements énergétiques généralement étudiés empiriquement selon des plans d'expériences, sous-tendent des questions scientifiques qui ajoutent une dimension cognitive à l'intérêt déjà important que représentent leurs enjeux d'optimisation. Pour y répondre, deux approches multi-échelles complémentaires sont conduites. La première, expérimentale se base sur un pilote spécialement développé dans le cadre de cette thèse. La seconde consiste à réaliser des simulations numériques par la Méthode des Eléments Discrets (DEM) couplée à une procédure de type "coarse-graining"