Du monde granulaire.


Des grains de toutes sortes ...

Des grains de toutes sortes ...

Je reviens enchantée d’une exposition présentée au musée des sciences de mon patelin.

Un nouveau monde vient d’être investi en tant que tel par les scientifiques.
Il s’agit du monde granulaire, placé entre, celui des solides d’une part et celui des fluides, d’autre part.

Pourquoi cette création et comment définir ce nouvel état ?

Il est plus facile de le faire en le définissant en creux, en évoquant les états solides et ceux des liquides.
Est un solide, un matériau qui conserve sa forme quelque soit son contenant. Une action mécanique est nécessaire pour le déformer. Dépourvu de toute élasticité, le solide ne retrouve jamais sa forme d’origine.

Est un liquide, la matière qui épouse les parois de son contenant et dont la surface demeure horizontale quelque soit l’inclinaison donnée au bocal.

Avec les grains, l’écoulement permet au matériau de suivre les parois du récipient mais la surface s’obstine à conserver une inclinaison de 30%. La surface ne redevient plane que si le manipulateur intervient mécaniquement (par ratissage ou vibration).

Il est également admis que le grain n’est jamais isolé. Il y a toujours une certaine quantité de produit qui, à l’unité, tient le plus souvent dans la main.

Le grain n’est pas forcément rond et lisse et son origine peut être végétale ou minérale. A titre d’exemple peuvent être cités : grain de sel, de sable, de riz, de blé, de café, des billes, des boulettes de papier, des graines de toutes sortes et même des gélules.

En versant les granulés, ils s’écoulent en tas, un mulon dont la base est courbe (ronde ou ovale), la pente obstinément calée sur 30% de gîte avec ou sans sommet pointu, selon la force de l’écoulement.

Ecoulement pyramidal

Ecoulement pyramidal

Curieusement, en versant doucement du sable sur un carré posé en équilibre sur un verre, par exemple, nous obtenons une pyramide à quatre faces, d’une pente de 30%, avec des arrêtes bien marquées et un sommet pointu.

Du coup, les phénomènes d’avalanches n’existent que parce que les flocons de la couche supérieure de la pente ont dépassé cet angle. Cette inclinaison devient un moyen prédictif des écoulements.

De même, en observant le comportement des grains, il est possible de les empiler dans un ordre régulier. Chaque grain s’imbrique avec son voisin. Les étales pyramidaux des fruits et légumes en sont la meilleure illustration.

Quand il s’agit de sable, faute de régularité dans la forme des grains, pour être sûr d’avoir compacté le tout, plus tôt que le vouloir le tasser, il est préférable de le secouer. En créant de petites vibrations, le volume se rétracte et il est certain que le tassement est à son comble quand il ne reste que 25% de vide sur la totalité.

Effet de voute

Effet de voute

Bien que l’écoulement soit possible, il arrive que cela coince, surtout s’il y a un phénomène d’entonnoir. Il s’agit alors du phénomène de l’effet de voûte. Les grains sont pour ainsi dire « autoclaves ». C’est en comprenant le mécanisme que les bâtisseurs se sont risqué à échafauder des arcs en cul de four, en berceau ou en ogive avec la fameuse technique de la clef de voûte.

Mais dans le cas de l’écoulement de grains dans un silo, l’effet de voûte est un soucis. Pour y remédier il faut mettre en place une canalisation favorisant la formation d’un tourbillon, un effet de siphon. Archimède a mis en pratique cette solution avec la vis sans fin, en trémie.

A défaut de disposer de ce système un effet de voûte se débloque avec le déclenchement d’une vibration qui entre en résonance à la bonne fréquence avec les grains.

Enfin, lorsque des grains de diverses natures et diverses tailles sont mélangés, les plus petits d’entr’eux se précipitent plus facilement au fond du récipient tandis que les plus gros demeurent en surface, parfois calés des plus petits qui ne trouvent plus de passage pour rejoindre le fond.

Aussi, lorsqu’il s’agit de trier des grains, il est fait appel à la technique de la vibration pour les séparer sans trop de difficultés.

Cela signifie également que le mélange de deux types de grains n’utilise pas le volume additionné des grains, rangés chacun dans sa catégorie. Là encore, il existe un pourcentage critique … celui des 25% de volume d’air laissé entre les plus gros grains.

Etonnant monde, n’est-ce pas ?!

Fultrix.

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European civis sum ! Είμαι Ευρωπαίος πολίτης !
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