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La plupart des écoulements granulaires denses dans la nature, tels que les avalanches de débris, les écoulements pyroclastiques et les avalanches sous-marines, sont constitués d'un large éventail de différents composants solides immergés dans un environnement fluide. Afin d'obtenir une bonne représentation de la dynamique de ces écoulements, il est nécessaire d'examiner les mécanismes d'interaction entre les différents composants du mélange. Dans ce travail, nous avons développé un cadre théorique basé sur la théorie de mélange afin de représenter la dynamique d'un écoulement dense de matériau granulaire hétérogène composé d'un certain nombre d'espèces solides avec des propriétés différentes, et immergé dans un environnement fluide Newtonien. Le système d'équations obtenu a été validé en comparant les résultats numériques avec des mesures expérimentales obtenues pour des écoulements gravitaires de matériaux granulaires, générés par l'effondrement d'une colonne de grains en deux dimensions, en utilisant de l'air ou de l'eau comme milieu fluide. Cette théorie a ensuite été utilisée pour étudier les effets du fluide ambiant sur la dynamique des écoulements de matériaux granulaires homogènes, ainsi que les effets de la ségrégation sur la dynamique des écoulements granulaires de mélanges binaires constitués de petites et grandes particules sphériques d'égale densité. Nos résultats suggèrent que les équations reproduisent les caractéristiques essentielles de la dynamique des écoulements granulaires denses hétérogènes. En particulier, nous démontrons que la ségrégation des matériaux granulaires augmente la vitesse du front en raison de la dilatation de l'écoulement. Cette augmentation de la vitesse d'écoulement est amortie par l'environnement fluide, et ce comportement est plus marqué dans l'eau que dans l'air. Nous concluons qu'un modèle réaliste pour des écoulements granulaires hétérogènes doit considérer au moins trois éléments: des grains de petite et de grande taille et un environnement fluide. |
