Petite avalanche poudreuse à Zinal en Suisse © dahu1 Les suspensions diluées dans lesquelles les particules solides sont transportées par un gaz turbulent sont présentes dans divers contextes géophysiques. Les exemples incluent les tempêtes de sable, les avalanches de neige et les courants de
densité pyroclastiques. Les propriétés de ces suspensions, telles que la
vitesse d'écoulement, la
pression dynamique et la distance de parcours, sont, dans une large mesure, déterminées par la concentration de particules. Cependant, cette concentration reste difficile à mesurer expérimentalement en raison de l'
opacité optique du milieu due à la
diffusion de la
lumière par les particules, ce qui complique l'
observation tridimensionnelle des suspensions.
Des chercheurs ont mis au point une technique qui permet de mesurer, par méthode acoustique, la concentration solide locale dans des suspensions turbulentes d'air et de particules. Ils ont observé deux caractéristiques importantes de ces mélanges biphasés: le gaz
turbulent met en
suspension les particules jusqu'à une concentration critique (maximale), et cette concentration critique est contrôlée par la formation d'amas de particules qui apparaissent néanmoins à des concentrations inférieures.
Ces résultats ont été obtenus en menant des expériences dans un conteneur rectangulaire dans lequel des billes de verre d'un
diamètre de 77 ou 155 micromètres étaient suspendues par un flux d'air
vertical ascendant. Les chercheurs ont mesuré la propagation
balistique des ultrasons à travers la suspension. Puis, ils ont extrait la concentration des particules à partir de l'
atténuation et de la
vitesse de phase des ondes ultrasonores sur la base de modèles de diffusion d'ondes acoustiques et d'hydrodynamique d'un milieu diphasique. Ce
projet apporte un nouvel outil pour étudier expérimentalement les processus fondamentaux des mélanges turbulents de gaz et de particules. Ce point est particulièrement critique pour la compréhension des phénomènes naturels comme les courants de densité pyroclastiques dont l'observation directe est pratiquement impossible.
a) Dispositif expérimental. b) La concentration des particules (billes de verre) est mesurée par sondage ultrasonique à l'aide d'un émetteur (D) et d'un récepteur (S). c) Schéma du flux d'air à vitesse U nécessaire pour suspendre les billes. © LMV
En savoir plus:
Acoustic probing of the particle concentration in turbulent granular suspensions in air - Scientific Reports, volume 16, Article number: 16544.
S. van den Wildenberg, X. Jia and O. Roche.
https://doi.org/10.1038/s41598-020-73427-z
Contact:
- Siet van den Wildenberg - LMV -siet.van_den_wildenberg at uca.fr