From a grain to avalanches: on the physics of granular surface flows

Stéphane Douady; Bruno Andreotti; Adrian Daerr; Pierre Cladé

doi:10.1016/S1631-0705(02)01310-5

Physique de la matière en grains/Physics of granular media

From a grain to avalanches: on the physics of granular surface flows
[D'un grain aux avalanches : sur la physique des écoulements granulaires de surface]

Stéphane Douady ¹ ; Bruno Andreotti ¹ ; Adrian Daerr ¹ ; Pierre Cladé ¹

¹ Laboratoire de physique statistique de l'École normale supérieure (associé au CNRS et aux Universités Paris 6 et 7), 24, rue Lhomond, 75231 Paris cedex 05, France

Comptes Rendus. Physique, Volume 3 (2002) no. 2, pp. 177-186.

Résumé
Abstract

Les écoulements granulaires de surface restent à modéliser. L'analyse du mouvement d'un seul grain permets déjà de comprendre l'origine physique de plusieurs angles charactéristiques (de démarrage, d'arrêt, de saut). Le mouvement de couches de grains explique ensuite le profil de vitesse dans la partie en écoulement et le mécanisme physique de sélection de sa profondeur. Ces résultats peuvent être introduits dans un model général de conservation de la masse et de l'impulsion intégrée dans la hauteur (St-Venant). Le model peut alors être testé sur des écoulements stationaires ou transitoires, comme les avalanches.

Granular surface flows have still to be fully modelled. Analysing the motion of a single grain can already help us to understand the physical origin of several characteristic angles (starting, stopping, jumping angles). Then looking at layers of grains allows the inference of the velocity profile inside the flowing layer, and the physical origin of the flow depth selection. Then these results can be plugged into a general model of mass and momentum conservation integrated vertically (St-Venant). This model can be tested on stationary flows, but also on transients, such as avalanches.

Reçu le : 2001-10-06
Accepté le : 2001-12-11
Publié le : 2002-01-01

DOI : 10.1016/S1631-0705(02)01310-5

Keywords: granular flow, friction angle hysteresis, non-local, inelastic shocks, St-Venant equations, avalanche fronts
Mots-clés : écoulement granulaire, hysteresis des angles de friction, chocs inélastiques, non locaux, équations de St-Venant, fronts d'avalanches

Affiliations des auteurs :

Stéphane Douady ¹ ; Bruno Andreotti ¹ ; Adrian Daerr ¹ ; Pierre Cladé ¹

¹ Laboratoire de physique statistique de l'École normale supérieure (associé au CNRS et aux Universités Paris 6 et 7), 24, rue Lhomond, 75231 Paris cedex 05, France

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Stéphane Douady; Bruno Andreotti; Adrian Daerr; Pierre Cladé. From a grain to avalanches: on the physics of granular surface flows. Comptes Rendus. Physique, Volume 3 (2002) no. 2, pp. 177-186. doi : 10.1016/S1631-0705(02)01310-5. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/S1631-0705(02)01310-5/

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