Soutenance de thèse de Samira LAIDAOUI

Les écoulements de milieux granulaires interviennent dans des industries aussi diverses que l’agro-alimentaire, l’industrie minière, l’industrie pharmaceutique etc… Les écoulements en milieu confiné bien que très étudiés, restent un sujet d’étude avec de nombreuses questions pour comprendre les mécanismes physiques régissant ces écoulements. L'objectif de cette thèse est de comprendre comment la présence d'un obstacle proche de l'orifice de sortie d'un silo modifie le débit de vidange. La thèse repose sur deux approches : une approche expérimentale avec des mesures de débit massique et de champs de vitesse et le développement d'un modèle analytique, permettant de prédire le débit en fonction des paramètres physiques. Un silo rectangulaire à fond plat a été utilisé afin de visualiser l'écoulement granulaire. Des particules mono-disperses et sphériques de verre et de céramique de différentes tailles ont été utilisées pour les expériences. L’observation de l’écoulement autour de l’obstacle suggère que celui ci correspond à deux bras sortant chacun d’un coin, c'est donc cette configuration de vidange en coin que nous avons d'abord cherché à comprendre. Après une étude bibliographique, les premières expériences ont été menées sur un silo avec une vidange sur le fond. La position de l'orifice de vidange a été modifié du centre du silo à son extrémité, montrant que la position du trou n'influe pas sur le débit de vidange sauf dans le cas où il est collé à la paroi externe du silo. En effet dans ce dernier cas, le profil de vitesse est modifié, les grains glissent à la paroi. Puis, une étude intermédiaire a été menée sur une vidange sur le côté. Dans cette configuration nous avons montré que les profils de vitesse sont modifiés et dépendent de l'épaisseur du silo qui contrôle l'angle d'inclinaison des lignes de courant. Ces résultats sont en adéquation avec la littérature dans laquelle cette configuration a été étudiée essentiellement numériquement. Dans la cas où le trou de vidange se trouve dans le coin inférieur du silo, nous avons proposé une loi de débit prenant en compte l'inclinaison du trou, la taille du trou ainsi que l'épaisseur du silo. Nous avons également montré le rôle de la taille des particules. En présence de l'obstacle (avec vidange au centre du fond) nous avons montré que celui ci n'avait pas d'influence sur le débit lorsque il est positionné à une hauteur supérieure à la taille du trou. Proche de l'orifice la présence de l'obstacle diminue significativement le débit. Dans ce cas, les profils sont très similaires à ceux observés pour la vidange en coin, et les paramètres à prendre en compte sont similaires.

Granular flows are involved in industries as various as the food industry, the mining industry, the pharmaceutical industry, etc... The granular flow in confined geometries remains an open subject of study, the objective being to understand the physical mechanisms governing these flows. The objective of this thesis is to understand how the presence of an obstacle near the orifice of a silo modifies the flow rate. The thesis is based on two approaches: an experimental approach with mass flow and velocity fields measurements, and the development of a physical analytical model which predict the flow rate according to the physical parameters. A flat-bottomed rectangular silo is used to visualize granular flow. Mono-dispersed and spherical particles of glass and ceramics of different sizes are used for the experiments. The observation of the flow around the obstacle suggests that the flow corresponds to two arms both coming out of a corner. Then we first focus on this simpler configuration of discharge from a corner. After a literature review, the first experiments were conducted on a silo with a discharge on the bottom. The position of the discharge orifice has been changed from the centre of the silo to its end, showing that the position does not affect the discharge rate except when the orifice is on the outer wall of the silo. Indeed in the latter case, the velocity profile is modified, the grains slide at the wall. Then, an intermediate study was conducted on a discharge on the lateral side. In this configuration we have shown that the velocity profiles are modified and depend on the thickness of the silo that controls the angle of inclination of the streamlines of the flow. These results are in agreement with the literature where this configuration has been studied mainly numerically. When the discharge orifice is located at the corner of the silo, we have proposed an empirical law for the flow rate taking into account the role of the inclination of the orifice, the size of the orifice as well as the thickness of the silo. We have also discussed the role of the particle size. In the presence of the obstacle (with an orifice in the center of the bottom) we have shown that the obstacle had no influence on the flow when it is positioned at a height greater than the size of the orifice. Close to the orifice, the presence of the obstacle significantly reduces the flow rate. In this case, the profiles are similar to those observed for the corner discharge, and the parameters to be taken into account are similar.