Le Chant des Dunes, Mouvements Collectifs dans un Écoulement Granulaire

• Main Author: Dagois-Bohy, Simon
• Language: FRE
• Published: Université Paris-Diderot - Paris VII 2010
• Subjects: [PHYS:MECA:ACOU] Physics/Mechanics/Acoustics; [SPI:ACOU] Engineering Sciences/Acoustics; [PHYS:COND:CM_SCM] Physics/Condensed Matter/Soft Condensed Matter; [PHYS:PHYS:PHYS_FLU-DYN] Physics/Physics/Fluid Dynamics; dune; avalanche; chant; acoustique; écoulement; granulaire; synchronisation; surface
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00770253; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/77/02/53/PDF/Dagois-Bohy_Chant_des_Dunes.pdf; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/77/02/53/ANNEX/Dagois-Bohy_Chant_des_Dunes_Annexes.pdf

Le chant des dunes est un phénomène naturel qui a longtemps éveillé la curiosité des hommes du désert, de Marco Polo à R.A. Bagnold. Les observations scientifiques du XXème siècle ont montré que le son est émis par la vibration cohérente de la surface libre d'un écoulement de ces grains chantants, et que ce son est soumis à un phénomène de seuil qui dépend de beaucoup de paramètres. Pour comprendre le mécanisme qui synchronise le mouvement des grains entre eux, nous avons effectué deux voyages au Maroc et à Oman pour observer les dunes chantantes sur le terrain, dont nous avons rapporté plusieurs échantillons de sable chantant. En étudiant leurs propriétés microscopiques, nous avons montré que ces sables sont recouverts d'un vernis qui augmente leurs propriétés d'adhésion et de frottement. Grâce à une expérience à cisaillement variable, nous avons caractérisé la dépendance du seuil avec l'humidité et les paramètres d'écoulement. Dans une expérience d'avalanches, nous avons réussi à reproduire le chant des dunes sur le terrain, et nos observations montrent qu'une partie de l'écoulement a une vitesse homogène, comme un bloc solide. De plus, cette expérience montre aussi que la synchronisation ne peut être due à une onde acoustique dans le milieu granulaire. Nous avons alors développé un modèle basé sur l'interaction entre les chaînes de forces dans l'écoulement de cisaillement et la partie où la vitesse est homogène. Ce modèle a un bon accord quantitatif avec les mesures, et il permet de rendre compte de toutes les observations qualitatives faites sur le chant des dunes.