Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'analyse de la pression exercée par un écoulement granulaire sur un obstacle nécessite la connaissance du coefficient de traînée. Néanmoins, les études bibliographiques expérimentales ne fournissent pas les données internes de l'écoulement intervenant dans son calcul. C'est pourquoi, nous proposons la détermination du coefficient de traînée par l'application d'outils numériques tridimensionnels, basés sur la méthode des éléments discrets (MED), et validés par des études expérimentales. L'expérience est un canal d'écoulement de laboratoire, intégralement modélisé par la MED. Les lois locales de contact intègrent un comportement normal élastique, hystérétique associé à un critère de glissement tangentiel. La validation du modèle intégral repose sur la similarité entre les résultats expérimentaux et numériques des paramètres physiques de l'écoulement et de l'effort d'impact sur l'obstacle. Cette validation est obtenue sans calibration importante des paramètres numériques. Le modèle intégral est ensuite optimisé, en termes de temps de calcul et de possibilités d'études, sous la forme d'un canon granulaire, dans lequel n'est simulée que la zone d'interaction entre l'écoulement et l'obstacle. Les propriétés de l'écoulement : vitesse, épaisseur, densité, sont contrôlées car intégrées en tant que paramètres initiaux numériques. L'influence de caractéristiques associées à l'écoulement, comme le nombre de Froude, à la taille des grains, ou à la forme et la taille de l'obstacle, sur le coefficient de traînée, est alors analysée. Enfin, une extension micromécanique est proposée dans l'analyse de l'influence d'une adhésion et d'une cohésion intégrées aux lois locales de contact.

Un ensemble de particules avec interactions répulsives, dans un empilement dense, se bloquent dans un état rigide: sous cisaillement, ces systèmes ont une contrainte seuil avant de céder. Pour des particules sans friction et à température nulle, l'empilement, à la transition de Jamming, est isostatique. Les propriétés mécaniques et géométriques présentent de nombreuses lois d'échelles avec la distance au Jamming qui peut alors être vu comme un point critique. La généralisation de ce concept en présence de température et son lien avec la transition vitreuse ont fait récemment l'objet de nombreux travaux et laissent encore de nombreuses questions ouvertes. Nous tentons d'apporter des éléments de réponse à celles-ci en étudiant expérimentalement la dynamique des particules et du réseau de force d'un empilement désordonné de disques bi-disperses photo-élastiques vibrés horizontalement, dont nous varions la fraction surfacique pour plusieurs amplitudes de vibrations $\gamma$. Au delà d'un lent mouvement convectif d'ensemble, la dynamique des grains présente principalement une dynamique complexe |intermittente et hétérogène| à une échelle bien plus petite que la taille typique d'un grain. Ces hétérogénéités dynamiques sont d'amplitude maximale à une densité intermédiaire $\phi^*(\gamma)$. Au niveau du réseau de contacts, nous observons deux signatures franches et distinctes|statique et dynamique| analogues à la phénoménologie de la transition vitreuse. %La statique et la dynamique du réseau de contact présentent deux signatures distinctes analogues à la phénoménologie de la transition %vitreuse. Á l'instar du maximum d'hétérogénéités dynamiques des déplacements, la signature dynamique du réseau de contacts a lieu à $\phi^*(\gamma)$, si bien que dynamiques des déplacements et des contacts sont liées. En revanche, c'est à une densité plus élevée $\phi_J(\gamma)$ que l'on identifie la signature statique de la transition de Jamming. Lorsque l'on diminue l'amplitude de vibration vers la limite d'excitation mécanique nulle, $\gamma\rightarrow0$, $\phi^*(\gamma)$ et $\phi_J(\gamma)$ se confondent, et l'échelle de longueur des corrélations dynamiques augmente. Nous comparons ces résultats aux propriétés des sphères molles au voisinage du Jamming.