Bien qu'assez répandus dans le milieu naturel et dans diverses activités industrielles, les écoulements granulaires denses possèdent des caractéristiques particulières qui semblent dépendre fortement des géométries observées. Lorsque le fond qui supporte la coulée peut être érodé, les mécanismes déterminant la position de l'interface liquide-solide ou la vitesse à laquelle la pente est dévalée ne sont pas encore bien compris. Ceci provient du manque de connaissance de la rhéologie des écoulements granulaires et constitue le coeur de cette thèse.<br /><br />Ce travail s'articule principalement en trois parties. Premièrement, dans le but de fournir une description détaillée des écoulements sur tas, une étude expérimentale systématique des écoulements stationnaires a été menée dans un canal. Nous avons ainsi pu mettre en évidence l'importance des parois latérales du système dans le cadre des écoulements à la surface d'un tas : les propriétés de l'écoulement sont complètement contrôlé par la largeur du canal. Ce constat nous a ensuite conduit à la proposition d'une modélisation fondée sur une rhéologie récemment développée.<br />Cette rhéologie a été ensuite étendue à trois dimensions et appliquée à notre configuration. Des simulations numériques permettent de reproduire correctement les propriétés des écoulements stationnaires. Nous avons enfin étudié un phénomène transitoire particulier afin de comprendre la manière dont l'épaisseur coulante évolue. Malgré la présence de certaines limitations, ce travail montre qu'une description locale des écoulements granulaire est appropriée et que la rhéologie proposée ouvre la voie à des modélisations plus complètes des écoulements granulaires denses.

Les suspensions non browniennes présentent un comportement rhéologique très différent en fonction de leur concentration. L'écoulement de suspensions semi-diluées est newtonien et montre une migration des particules provoquant des hétérogénéités de concentration. Au contraire, les suspensions concentrées présentent un large éventail de phénomènes rhéologiques non linéaire. Ce travail cherche à mieux comprendre les écoulements de suspensions dans différente gamme de concentration. A basse concentration,une étude de la migration est réalisée afin de quantifier les forces responsables de ce phénomène. Pour cela, les forces de migration sont comparées aux forces de sédimentation,grâce à un écoulement unidirectionnel et confiné. Des techniques de suivi de particules avancées et la microscopie confocale, permettent une mesure systématiquement à la fois des profils de fraction volumique et des profils de vitesse. Plusieurs systèmes sont comparés afin de mettre en évidence que les forces hydrodynamiques jouent un rôle important dans la migration. La seconde partie de ce travail consiste à caractériser l'écoulement d'un système rhéoépaississant. Des techniques de rhéologie locale, tel que la vélocimétrie ultrasonore et la tomographie RX sont utilisées dans différentes cellules de Couette. Ces techniques permettent de mesurer les profils de fraction volumique et les profils de vitesse. Nous soulevons que les propriétés rhéologiques dépendent fortement du confinement et de la rugosité, et parfois, nous avons observé instabilités dues aux interfaces. / Flows of non-Brownian suspensions are present in different fields, and exhibitdifferent behavior in function of concentration. Flows of semi-dilute suspensions aremainly governed by the spatial repartition of the particles. At low Reynolds numbers,it is indeed generally non-uniform due to cross-stream migration towards low shearedregions of the flow. In this work we aim at testing the idea that interactions betweenparticles could also be involved in the shear induced migration phenomenon. In orderto quantify the strength of shear induced migration, we take advantage of horizontalflow of buoyant particles in slits, where viscous resuspension is in competitionwith buoyancy.Using advanced particle imaging velocimetrie techniques and confocalmicroscopy, we measure systematically both volume fraction and velocity profiles.We compare two systems with and without interaction and any different was found.Concentrated suspensions exhibit a wide range of non linear rheological phenomena.This work characterizes the local rheology of a continuous shear thickening. We areused ultrasonic rheology and tomography RX in Couette cell for measured the volumefraction profile and velocity profile. We report that the rheological properties dependstrongly of the confinement and roughness, and sometimes we observed instabilitiesdue to the interface.

De part leur ubiquité et les nombreux paramètres physiques les caractérisant, les suspensions concentrées (i.e. la dispersion de grains solides dans une matrice fluide) présentent des propriétés rhéologiques vastes et complexes. Cette étude se limite à des suspensions modèles de sphères rigides non colloïdales immergées dans un fluide newtonien, et à des écoulements où l'inertie et le mouvement brownien peuvent être négligés. Ce manuscrit présente une étude expérimentale de la microstructure des suspensions non-browniennes en écoulement et de son lien avec leur réponse rhéologique. Il explore le rôle important joué par les contacts dans la réponse mécanique de ces matériaux. Deux dispositifs expérimentaux ont pour cela été mis au point. Le premier, dit de rhéométrie locale, accède aux champs de vitesse de l'écoulement et aux quantités rhéologiques du matériau par le biais d'une technique de vélocimétrie par imagerie de particules. Le second permet, grâce au suivi individuel des sphères solides, de réaliser une mesure directe de la microstructure de la suspension. Une étude en rhéométrie locale du régime transitoire mesuré après une inversion de cisaillement montre que la viscosité d'une suspension chute avant de revenir à la valeur du régime permanent. Alors que la viscosité à l'état stationnaire diverge avec une loi de puissance d'exposant -2 lorsque la concentration s'approche de la concentration de blocage, la viscosité minimale diverge avec un exposant -1. Ce résultat, mis en parallèle avec d'autres études de la littérature, montre le rôle important des contacts et de la microstructure sur la rhéologie des suspensions. La microstructure est étudiée à travers la fonction de distribution de paires. Pour des suspensions diluées l'asymétrie amont-aval et l'inclinaison de la zone de déplétion est très bien reproduite par un modèle à deux particules et apportent une preuve d'un contact entre les sphères via les rugosités. A forte concentration, en plus d'une inclinaison de la zone de déplétion vers l'axe de dilatation, il apparaît une zone d'accumulation dans la direction de la vitesse.