Le dimensionnement des digues paravalanches s’appuie sur la connaissance des processus physiques liés au ressaut, qui se forme lorsqu’un écoulement fin et rapide rencontre un obstacle suffisamment haut pour ralentir et épaissir l’écoulement incident. La hauteur du ressaut est aujourd’hui calculée à partir d’équations strictement valides pour des écoulements de matériaux non frictionnels et non compressibles tels que l’eau, sur fond plat et lisse. Or, les avalanches de neige dense sont des écoulements compressibles qui ne peuvent avoir lieu qu’en pente, et au sein desquels se produit de la dissipation d’énergie par friction et collisions entre les grains. Il est donc essentiel de mieux connaître le comportement des ressauts dans les écoulements granulaires en pente. Pour cela, la thèse s’appuie sur plusieurs approches. Les ressauts granulaires stationnaires sont d’abord étudiés de manière purement théorique, à l’aide des équations de conservation de la masse et de la quantité de mouvement moyennées dans l’épaisseur, afin de trouver une relation générale pour prédire la hauteur des ressauts quelques soient les conditions d’entrée. Nous simulons ensuite numériquement un grand nombre de ressauts granulaires en faisant varier plusieurs paramètres (la pente du plan incliné, le débit, le diamètre des grains, la friction entre les grains) à l’aide de la méthode aux éléments discrets. Cette méthode permet d’accéder à la structure interne des ressauts, et notamment à la mesure des champs de vitesse, de fraction volumique, ou encore de la dissipation d’énergie. Les simulations sont réalisées en deux dimensions. Enfin, un dispositif de mesure innovant, qui utilise la radiographie à rayons X dynamique, a été adapté à une expérience de laboratoire existante pour créer des ressauts granulaires stationnaires. Cette technique de mesure permet, en particulier, de mesurer la distribution spatiale moyennée dans la largeur de l’écoulement de la fraction volumique avant, à l’intérieur et après le ressaut granulaire. La comparaison du nouveau cadre théorique proposé avec les résultats expérimentaux et numériques nous permet de mettre en évidence une grande diversité des types de ressauts granulaires en fonction des conditions initiales. Pour chaque type de ressaut, les lacunes du cadre théorique classique, qui ne tient pas compte des forces mises en jeu dans le ressaut ni de la compressibilité, sont clairement établies. / The design of avalanche protection dams relies on the understanding and modelling of physical processes related to the formation of jumps that form when a thin and fast flow meets an obstacle high enough to slow down and thicken the incoming flow. The jump height is nowadays calculated through equations that are strictly valid for non-frictional incompressible flows on a horizontal and smooth bottom. However, dense-snow avalanches are compressible granular flows taking place on a slope, and inside which energy is dissipated through enduring frictional contacts and collisions between grains. It is then essential to decipher the behaviour of jumps formed during granular flows down inclines. To this extent, the thesis relies on several approaches. Standing granular jumps are first studied in a purely theoretical way, with the help of depth-averaged mass and momentum conservation equations, in order to find a relation to predict the height of the jumps regardless of the input conditions. A great number of granular jumps are then simulated by varying several parameters (the slope angle of the incline, the discharge, the grain diameter, the grain-grain friction) thanks to the discrete element method. This method allows us to access to the internal structure of the jumps, and in particular to the spatial distributions of velocity, volume fraction and energy dissipation. Those simulations are done in two dimensions. Finally, an innovative measurement technique using dynamic X-ray radiography was adapted to an existing small-scale laboratory device to produce standing granular jumps. This technique allows in particular the measurement of the width-averaged spatial distribution of volume fraction before, inside and after the granular jumps. The comparison between the new theoretical framework proposed and both the experimental and numerical data, allows us to evidence a rich variety of granular jump patterns as a function of the input conditions. For each type of jump pattern, the shortcomings of the classical theoretical framework, which does not account for the forces at stake within the jump volume nor the compressibility, are well established.

Les avalanches de neige sont un des risques naturels majeurs des régions montagneuses. Les grandeurs physiques de l'avalanche telles que la vitesse, l'épaisseur et la densité sont difficiles à évaluer au sein même de l'écoulement, alors qu'elles sont à la base des modèles d'avalanche. C'est pour ces raisons que la détermination des sollicitations exercées par l'avalanche de neige sur les ouvrages de type galerie paravalanche s'avère problématique. Le niveau de protection de ce type d'ouvrage est donc difficilement quantifiable. Dans une première partie de ce travail, nous avons fait un inventaire des ouvrages de protection et des modèles d'avalanches couramment utilisés. La deuxième partie de notre travail porte sur la connaissance et la détermination des sollicitations avalancheuses et, leurs variations spatio-temporelles sur les structures de type galerie paravalanche. Pour ceci, une expérimentation a été réalisée sur une plaque instrumentée de capteur de force placée dans un couloir d'avalanche sur le site naturel du Col du Lautaret. Pour compléter ces résultats, une expérimentation d'écoulement granulaire dans un canal incliné a été mise en place. Les résultats expérimentaux montrent que les sollicitations d'impact ont des valeurs très élevées proche de la rupture de pente et qu'elles décroissent rapidement avec l'augmentation de la distance par rapport à cette rupture. La dernière partie de notre travail consiste à étudier avec le logiciel EF Fedeaslab les réponses dynamiques de la structure des galeries paravalanches sous les chargements avalancheux obtenus expérimentalement. L'effet dynamique sur la structure a été quantifié en comparant les réponses de la structure sous chargement dynamique puis statique.

De nombreux procédés industriels nécessitent la manipulation de matériaux sous forme pulvérulente. L’émission de poussières générée par leur manipulation peut s’avérer dangereuse pour la santé des travailleurs ou bien causer un risque d’explosion. Afin de mieux comprendre les mécanismes de dispersion des poussières, le cas de la décharge d’un silo est étudié par simulation numérique avec une approche Euler-Euler. Deux configurations ont été étudiées au cours de cette thèse. La première, sans silo, a permis d’étudier l’influence de perturbations de vitesses imposées à l’entrée de la chambre de dispersion en lieu et place du silo. Cette étude a révélé que ces perturbations peuvent influencer l’élargissement du panache de poudre. Seules les perturbations avec une corrélation temporelle ont généré une ouverture importante du jet tombant semblable à celle relevée expérimentalement. Dans la deuxième configuration, le silo et la chambre de dispersion sont représentés afin d’étudier le couplage entre la dispersion du jet et l’écoulement dans le silo. L’une des difficultés de ces simulations est de prédire les différents régimes d’écoulements granulaires, allant de l’état quasi-statique dans le silo au régime très dilué lors de la dispersion du jet tombant, en passant par le régime collisionnel à la sortie du silo. La théorie cinétique permet de modéliser le régime dilué et collisionnel. En revanche pour la partie quasi-statique un modèle semi-empirique a été utilisé, implémenté et validé sur différentes configurations. La seconde étude a montré l’importance du rapport entre le diamètre de l’orifice et le diamètre des particules sur la structure du jet. En effet, lorsque ce paramètre est faible, le coeur du jet se contracte immédiatement après la sortie du silo puis s’ouvre en aval. Pour des valeurs grandes, l’ouverture du jet est négligeable. Cependant, il semblerait que l’angle du silo modifie le comportement de l’écoulement, ce qui nécessitera des études supplémentaires. / A wide range of industrial processes requires the handling of granular material in a pulverulent form. The subsequent dust emissions due to these processes can be harmful to the health of workers or hazardous explosion risks. In order to understand dust dispersion mechanisms, a case of a free falling granular jet discharged from a silo is studied by numerical simulations using an Euler-Euler approach. Two types of numerical simulation are conducted. First, the influence of velocity fluctuations at the inlet chamber is studied on the plume behavior, instead of the silo. This study reveals that fluctuations are enable to reproduce the jet expansion. It is established that only fluctuations with temporal correlation generate a large jet opening similar to the experiment. The second type of setup shows the coupling between the silo and the chamber. One of the major challenges is the ability to predict the different flow regimes going from quasi-static regime inside the silo, to the very dilute regime in the dust spread and include the collisional regime occurs through the silo. Kinetic theory allows modeling of the dilute and collisional regime. By contrast, frictional models have been used, implemented and validated in different cases. The second study highlights the key role of the ratio defined by the orifice diameter on the particle diameter. Indeed, when this parameter is small, the jet powder core contracts immediately after the exit of the silo dump plane and expands downstream. For high values, the granular jet does not exhibit dispersion anymore. This study suggests that the silo half-angle has an impact on the flow field which justifies the need for further investigations.