FR3030747A1 - Dispositif de mesure des contraintes basales d'un ecoulement granulaire. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de mesure (100) des contraintes basales d'un écoulement de particules (109), ledit dispositif comprenant (i) une plaque d'écoulement (101) à la surface de laquelle s'écoulent les particules (112), ladite plaque d'écoulement (101) présentant une ouverture de mesure (200) sur la surface d'écoulement (130), (ii) une plaque de mesure (102) disposée au niveau de l'ouverture de mesure (200) et parallèlement à la plaque d'écoulement (101), et dont les dimensions latérales sont toutes inférieures à celles de l'ouverture de mesure (200). Le dispositif (100) selon l'invention comprend en outre au moins un moyen de mesure (150) placé sous la plaque de mesure (102) et apte à mesurer de manière synchrone au moins une des composantes transversales et/ou longitudinales d'une force agissant sur la plaque de mesure (102). L'invention porte aussi sur un procédé de mesure des contraintes basales à l'aide d'un tel dispositif (100).

Description

-1- « Dispositif de mesure des contraintes basales d'un écoulement granulaire » Domaine technique La présente invention concerne un dispositif de mesure des contraintes mécaniques générées par des particules en écoulement. Elle concerne aussi un procédé de mesure de forces et de coefficient de friction d'un tel écoulement. La présente invention se situe dans le domaine des mesures physiques associées aux écoulements pyroclastiques, et plus particulièrement le 10 domaine de la mesure des contraintes mécaniques produites par des écoulements granulaires analogues réalisés en laboratoire. Etat de la technique antérieure Lorsqu'un écoulement granulaire se propage le long d'un plan incliné sous l'effet de la gravité, son poids génère une contrainte basale sur le substrat 15 sous-jacent. Si on considère un écoulement unidirectionnel, la contrainte basale possède une composante normale et une composante tangentielle au plan d'écoulement. Le coefficient de friction, obtenu par le rapport entre ces deux composantes, est un paramètre fondamental de la dynamique d'un écoulement granulaire car il rend compte de l'énergie dissipée par 20 interaction entre l'écoulement et son substrat : il traduit donc la capacité d'un écoulement granulaire à se propager. Il constitue aussi un paramètre d'entrée essentiel pour des modèles numériques d'écoulements granulaires. Ces derniers ont pour objectif de simuler de tels écoulements dans des environnements géophysiques ou industriels variés. Dans ce contexte, une 25 bonne connaissance du coefficient de friction est essentielle pour développer des modèles fiables. On connait notamment les documents de O. Roche, « Depositional processes and gas pore pressure in pyroclastic flows: an experimental perspective », Bull Volcanol (2012) 74 :1807-1820 et O. Roche et al., 30 « Pore fluid pressure and internai kinematics of gravitational laboratory air- -2- particle flows : insights into the emplacement dynamics of pyroclastic flows », Journal of Geophysical Research, vol. 115, B09206, dans lesquels des mesures de pression de l'air interstitiel sont réalisées à différents endroits de la base d'un chenal dans lequel se propage un écoulement granulaire, dans le but de caractériser à la fois la topologie de l'écoulement granulaire et la diffusion de la pression dans l'écoulement. Ces dispositifs ne permettent pas de mesurer les contraintes granulaires. On connait aussi des dispositifs de mesure des contraintes basales d'écoulement granulaires fins sur lesquels seule la composante tangentielle de la force produite par l'écoulement sur le substrat est mesurée à l'aide de jauges de cisaillement par exemple ; la composante normale n'est pas mesurée au même moment et au même endroit. En effet, pour des écoulements granulaires fins, la contrainte normale est souvent estimée à partir de l'épaisseur des écoulements et nécessite de faire une hypothèse sur la densité de l'écoulement. L'inconvénient de ces méthodes et dispositifs connus réside dans l'erreur sur l'estimation de la contrainte normale du fait de la méconnaissance du volume effectif de particules étant à l'origine de ladite force. On connait enfin des dispositifs expérimentaux par lesquels les composantes tangentielles et normales des forces appliquées par l'écoulement sur le substrat sont mesurées à différents endroits dudit substrat. Ces dispositifs mettent en oeuvre d'une part des capteurs de charge qui mesurent la composante normale de la contrainte basale et d'autre part des jauges de cisaillement qui mesurent la composante tangentielle de la contrainte basale. L'inconvénient de ces dispositifs réside dans le fait que la dynamique d'un écoulement granulaire est susceptible de varier à la fois dans l'espace et dans le temps : les mesures réalisées par de tels dispositifs ne peuvent être exploitées pour déterminer un coefficient de friction que sous certaines conditions et en prenant certaines précautions.

En effet, il est nécessaire que les mesures des composantes normales et tangentielles soient spatialement et temporellement corrélées afin de pouvoir en faire le rapport et déterminer le coefficient de friction correspondant. De plus, les capteurs ont souvent un seuil de détectabilité -3- relativement élevé, ce qui ne permet pas de faire des mesures dans des écoulements fins (de l'ordre du centimètre) à l'échelle du laboratoire. On ne connait pas de dispositif permettant de mesurer en même temps et en un point donné les composantes normale et tangentielle de la contrainte basale d'un écoulement granulaire. La présente invention a pour objet de répondre au moins en grande partie aux problèmes précédents et de conduire en outre à d'autres avantages. Un autre but de l'invention est de mieux connaître les efforts mécaniques générés par des écoulements granulaires sur le substrat.

Un autre but de l'invention est de mesurer le coefficient de friction de l'écoulement granulaire. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de mesure des contraintes basales plus précis et adapté aux écoulements granulaires fins. Exposé de l'invention On atteint au moins l'un des objectifs précités avec un dispositif de mesure des contraintes basales d'un écoulement de particules, ledit dispositif comprenant (i) une première plaque, dite d'écoulement, à la surface de laquelle s'écoulent les particules, ladite plaque d'écoulement présentant une ouverture, dite de mesure, sur la surface d'écoulement, et (ii) une seconde plaque, dite de mesure, disposée au niveau de l'ouverture de mesure et parallèlement à la plaque d'écoulement, et dont les dimensions latérales sont toutes inférieures à celles de l'ouverture de mesure. Le dispositif de mesure selon l'invention comprend en outre au moins un capteur placé sous ladite plaque de mesure et apte à mesurer simultanément la composante normale et au moins une des composantes transversales et/ou longitudinales d'une force agissant sur la plaque de mesure. Dans les paragraphes qui suivent, la direction suivant la direction principale de l'écoulement est qualifiée par l'adjectif « longitudinal », la direction perpendiculaire dans le plan d'écoulement desdits particules étant qualifiée par l'adjectif « transversal ». L'adjectif « normal » correspond à la direction -4- perpendiculaire à la surface d'écoulement et s'étendant au-delà ou en deçà de ladite surface. Ainsi le dispositif de mesure selon l'invention permet de mesurer le rapport entre les contraintes longitudinales et les contraintes normales et donc, in fine, le coefficient de friction de l'écoulement granulaire. En effet, contrairement aux dispositifs de mesure existant jusqu'alors, la mesure simultanée et en un même point donné des composantes normales et tangentielles des forces générées par l'écoulement sur la plaque de mesure permet de connaitre le rapport entre la contrainte cisaillante (obtenue par la mesure des composantes tangentielles des forces exercées sur la plaque de mesure) et la contrainte normale (obtenue par la mesure de la composante normale des forces exercées sur la plaque de mesure) et de déterminer, in fine, le coefficient de friction par le bais desdites mesures mécaniques plutôt que par estimation de la contrainte normale par exemple.

En effet, l'estimation de la contrainte normale pour déterminer le coefficient de friction est, dans certaines conditions, très approximatif et mène à des incertitudes ou des erreurs parfois élevées sur la valeur du coefficient de friction calculé. C'est notamment le cas lorsqu'on cherche à étudier les écoulements granulaires fins, pour lesquels il n'est pas simple de connaitre la fraction volumique desdites particules qui participent à l'effort exercé sur la plaque de mesure, menant ainsi à une incertitude de mesure particulièrement élevée. De plus, les capteurs utilisés jusqu'à présent ne permettent de mesurer qu'une seule des composantes de la contrainte basale générée par des écoulements granulaires : des capteurs de charge mesurent la composante normale de la contrainte alors que des jauges de cisaillement peuvent mesurer la composante tangentielle. Ainsi, le dispositif de mesure selon l'invention permet aussi de mieux connaître les efforts mécaniques générés par des écoulements granulaires sur le substrat car les forces appliquées par l'écoulement granulaire sur le substrat sont mesurées de manière simultanée et suivant plusieurs axes de projection, permettant ainsi de mieux rendre compte de la physique sous-jacente. -5- Enfin, le dispositif de mesure selon l'invention est plus précis et adapté aux écoulements granulaires fins car il permet de manière nouvelle et inédite jusqu'alors de mesurer à l'aide de moyens adaptés les composantes tangentielles et normales des forces générées lors d'un écoulement granulaire fin du type de ceux réalisés en laboratoire. En particulier, et à titre non limitatif, le dispositif selon l'invention peut mettre en oeuvre des capteurs piézoélectriques tri-axes qui permettent de mesurer les trois composantes d'une force appliquée sur leur surface de contact. Ils sont ainsi capables de mesurer en un point donné et de façon synchrone la composante normale et les deux composantes tangentielles de la contrainte basale Idéalement, les capteurs utilisés ont un seuil de détection de l'ordre du centième de Newton afin de mesurer précisément des écoulements granulaires fins dont les épaisseurs sont de l'ordre du centimètre.

Selon une version préférentielle, le dispositif selon l'invention comprend une pluralité de capteurs mesurant à la fois de manière simultanée les différentes composantes des forces appliquées sur la plaque de mesure et de manière synchrone entre eux. Ainsi, à chaque instant donné de mesure, les capteurs délivrent une information simultanée des composantes normales et tangentielles et/ou longitudinales desdites forces, en différents points de la plaque de mesure afin de pouvoir réaliser un moyennage et diminuer ainsi le niveau de bruit et /ou d'incertitudes sur les mesures ainsi réalisées. L'utilisation d'une pluralité de capteurs permet par ailleurs de mieux stabiliser la plaque de mesure durant ledit écoulement.

Selon une version particulière de l'invention, la plaque de mesure constitue un chenal à l'intérieur duquel les particules s'écoulent sans pouvoir en déborder latéralement. Par la suite, le terme « plaque d'écoulement » décrira à la fois un support plan ou un chenal d'écoulement. Selon une version préférentielle, le dispositif selon l'invention est constitué d'une plaque de mesure indépendante de la plaque d'écoulement ; les au moins un capteurs supportant d'une part la plaque de mesure et étant reliés d'autre part à la plaque d'écoulement. -6- La plaque d'écoulement est ajourée selon une forme semblable à celle de la plaque de mesure, et dont les dimensions sont issues d'une dilatation homothétique des dimensions de la plaque de mesure, de manière à ce que cette dernière puisse être insérée sans contact au centre de l'espace vide ainsi créé. Avantageusement, un espace de l'ordre de 100 pm peut être laissé entre la plaque de mesure et la plaque d'écoulement. Alternativement, la plaque de mesure peut être insérée entre deux plaques d'écoulement non jointives et alignées longitudinalement.

Selon une version préférentielle, la plaque d'écoulement peut posséder une rugosité non uniforme à l'aide par exemple de pastilles et/ou particules collées à sa surface, afin de représenter des conditions d'écoulements non uniformes, non homogènes et plus variées. Selon une version préférentielle, le dispositif selon l'invention peut 15 comprendre en outre des moyens formant obstacles à l'écoulement des particules, lesdits moyens étant fixés sur la plaque d'écoulement. Selon une version préférentielle, le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre des moyens de traitement des données aptes à déterminer une contrainte mécanique et un coefficient de friction à partir 20 des mesures réalisées de l'écoulement desdites particules sur ladite plaque de mesure. Ces moyens de traitement peuvent prendre n'importe quelle forme ; il peut s'agir notamment d'un ordinateur. Selon une autre version de l'invention, la plaque d'écoulement peut être inclinée longitudinalement afin de permettre un écoulement granulaire sous 25 le seul effet de la gravité sur les particules. L'angle d'inclinaison peut être variable, compris entre 00 (horizontal) et 900 (vertical) afin de générer des écoulements non permanents, en décélération (à faible pente) ou en accélération (à forte pente). Le dispositif peut aussi inclure des moyens de réglage précis dudit angle de rotation, comme un système de tiges filetées 30 et/ou des moyens de motorisation par exemple. -7- Selon une autre version de l'invention, l'angle d'inclinaison de la plaque d'écoulement peut varier durant l'expérience, c'est-à-dire durant la chute desdites particules. Ces dispositions permettent de faire varier les conditions expérimentales associées à la chute desdites particules et de retranscrire un plus grand nombre de situations réelles. Selon une autre version préférentielle, l'espace libre entre la plaque de mesure et la plaque d'écoulement du dispositif selon l'invention peut être inférieur aux dimensions des particules en écoulement afin d'éviter que celles-ci ne glissent entre la plaque de mesure et la plaque d'écoulement d'une part, et éviter qu'elles ne s'opposent à la mobilité de la plaque de mesure par rapport à la plaque d'écoulement, sous l'effet dudit écoulement et des forces produites sur la plaque de mesure. Cette disposition particulière permet par ailleurs de ne pas avoir à utiliser de joint entre la plaque de mesure et la plaque d'écoulement, dont la rigidité pourrait fausser les mesures réalisées. Cependant, selon une version particulière de l'invention, il est possible d'utiliser un joint entre la plaque de mesure et la plaque d'écoulement, dont les caractéristiques mécaniques - notamment la dureté - sont telles que la rigidité du joint est inférieure ou égale à la constante de rigidité des moyens de mesure aptes à mesurer au moins une composante transversale et/ou longitudinale de la force subie par la plaque de mesure. Préférentiellement, la rigidité dudit joint est négligeable devant celle desdits moyens de mesure. De manière connue, on considère qu'une première rigidité au moins dix fois inférieure à une seconde rigidité est négligeable devant la seconde. Selon une autre version de l'invention, le dispositif peut comprendre en outre au moins un moyen de liaison reliant la plaque de mesure à la plaque d'écoulement afin de contraindre certain degrés de libertés de ladite plaque de mesure et de la guider suivant certains degrés bien définis. Cette configuration avantageuse peut rendre le dispositif plus robuste et plus solide en fonction du type d'écoulement mise en oeuvre et des efforts exercés sur ladite plaque de mesure. -8- De manière connue, un degré de liberté - c'est-à-dire un mouvement - est bloqué par un tel moyen de liaison si la rigidité associée à ce mouvement est grande devant les efforts mis en jeu. A contrario, un degré de liberté est autorisé par un tel moyen de liaison si la rigidité associée à ce mouvement est faible devant les efforts mis en jeu. Ainsi, un moyen de liaison peut se définir par six rigidités caractéristiques de trois rotations « unitaires » et de trois translations « unitaires ». A titre d'exemple non limitatif, les moyens de liaisons peuvent par exemple autoriser les deux rotations de la plaque de mesure autour des axes longitudinaux et transverses ainsi que la translation suivant l'axe normal, et contraindre la rotation suivant l'axe normal ainsi que les translations suivant les axes longitudinaux et transverses. Les moyens de liaisons peuvent aussi permettre de « filtrer » des mouvements parasites qui perturberaient les mesures de contraintes basales et/ou de sélectionner un certain type de forces afin de réaliser des mesures plus spécifiques. Les moyens de liaison peuvent prendre n'importe quelle forme connue par l'homme du métier. A titre d'exemple non limitatif, ils peuvent consister en des moyens de liaisons indépendants et agencés et fixés entre la plaque de mesure et la plaque d'écoulement. Ils peuvent notamment consister en des éléments flexibles dont les caractéristiques mécaniques sont telles que les rigidités sont dimensionnées afin d'autoriser un certain type de mouvements. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, la plaque de mesure et la plaque d'écoulement peuvent être obtenus à l'aide d'une structure monoblocs, les moyens de liaisons flexibles étant dimensionnés et usinés directement sur la plaque d'écoulement afin de délimiter la plaque de mesure et d'en autoriser certains mouvements désirés. Alternativement, l'au moins un moyen de liaison peut présenter au moins une rigidité longitudinale et/ou transversale(s) négligeable(s) devant les -9- forces mesurées par ledit dispositif afin de ne pas perturber la mesure de force. Suivant une autre version préférentielle de l'invention, le dispositif peut comprendre par ailleurs au moins un réservoir apte à contenir lesdites particules d'écoulement et situé à une première extrémité de la plaque d'écoulement afin de générer un écoulement dont le volume global est prédéterminé. Préférentiellement, l'au moins un réservoir peut comprendre en outre un moyen d'ouverture contrôlé afin de générer un écoulement granulaire dont l'épaisseur et la vitesse d'écoulement sont maîtrisées. Alternativement, l'au moins un réservoir peut-être situé en hauteur par rapport à la plaque d'écoulement, de manière à ce que les particules s'écoulent sur la plaque d'écoulement sous l'effet de la gravité. Selon une autre version de l'invention, le dispositif comprend en outre un réceptacle disposé à l'extrémité de la plaque d'écoulement opposée à celle où se situe le réservoir et/ou au du côté le plus bas de la pente. Le réceptacle est agencé pour recevoir les particules qui s'écoulent sur la plaque d'écoulement et qui arrivent à son extrémité. Selon une autre version préférentielle de l'invention, le moyen de mesure peut avoir une bande passante supérieure au kilohertz afin de mesurer des variations rapides de la contrainte basale générée par l'écoulement et de caractériser plus précisément ledit écoulement. Selon une autre version, le moyen de mesure peut être un capteur piézoélectrique.

Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de mesure des contraintes basales d'un écoulement de particules à l'aide d'un dispositif selon l'invention et comprenant au moins une des itérations suivantes : (i) déclenchement du moyen d'ouverture contrôlé, (ii) écoulement des particules sur la plaque d'écoulement, (iii) mesure des forces exercées sur la plaque de mesure durant l'écoulement. -10- Avantageusement le procédé de mesure peut comprendre par ailleurs une étape ultérieure d'acquisition des données et/ou de calcul des contraintes mécaniques et/ou du coefficient de friction à partir des mesures de forces.

Description des figures et des modes de réalisation D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d'une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d'autre part, sur lesquels : - La figure 1 illustre un schéma de principe du dispositif de mesure des contraintes basales d'un écoulement granulaire, selon le mode de réalisation préféré de l'invention, - La figure 2 illustre une vue de dessus de la coopération entre la plaque de mesure et les moyens de mesure d'une part, et la plaque d'écoulement d'autre part. - La figure 3 illustre des mesures statiques obtenues avec un dispositif selon l'invention. - La figure 4 illustre des mesures dynamiques obtenues avec un dispositif selon l'invention.

Les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs ; on pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur. -11- En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique. Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la 5 même référence. La FIGURE 1 décrit un dispositif de mesure 100 des contraintes basales d'un écoulement granulaire selon l'invention. Il comprend (i) une plaque d'écoulement 101 - préférentiellement inclinée - sur laquelle des particules 112 se répandent, (ii) une plaque de mesure 102 sur laquelle sont fixés (iii) 10 au moins un capteur de force 150. Un bâtit mécanique 110-111 supporte l'ensemble des différents composants énumérés ci-dessus. A l'aide d'un dispositif de mesure 100 selon l'invention, un écoulement granulaire se propage le long de la plaque d'écoulement 101 et génère des forces sur la plaque de mesure 102. Du fait de la rigidité non infinie des 15 capteurs de forces 150 disposés sous la plaque de mesure 102, ces forces génèrent une déformation des capteurs de forces 150 proportionnelle à leur rigidité. Dans l'exemple illustré sur la FIGURE 1, deux capteurs 150a et 150b sont disposés sous la plaque de mesure 102 afin d'en assurer sa stabilité durant 20 l'écoulement granulaire. Cependant, l'invention ne se limite pas à ce mode de réalisation et inclut toutes les configurations comprenant au moins un capteur de force fixé sous ladite plaque de mesure. La base des capteurs est fixée sur une plaque inférieure 103 qui est raccordée directement ou indirectement au bâtit du dispositif. A titre 25 d'exemple non limitatif, la plaque inférieure 130 peut être reliée par des moyens de raccordement 104-105 à la plaque d'écoulement 101. Il est cependant important que la chaine de raccordement mécanique entre la base des capteurs de force et la plaque d'écoulement soit rigide devant les efforts générés par l'écoulement granulaire afin de ne pas introduire 30 d'erreur dans la mesure de force. -12- Les particules sont disposées dans un réservoir 106 situé préférentiellement en hauteur par rapport à la plaque d'écoulement 101. Les particules 109 s'écoulent dudit réservoir sur la plaque d'écoulement 101 sous l'effet de leur poids et de la gravité. Selon un mode particulier de réalisation, il est aussi possible d'introduire des moyens de projection afin de propulser lesdites particules sur la rampe d'écoulement avec une vitesse initiale non nulle, la configuration la plus simple étant un réservoir situé au-dessus de la plaque d'écoulement. Selon un mode préférentiel de l'invention, le réservoir 106 peut aussi 10 comprendre une porte 107 dont l'ouverture peut être contrôlée et/ou motorisée, afin de générer un écoulement granulaire 112 dont l'épaisseur peut être contrôlée. Comme illustrée sur la FIGURE 2, la plaque de mesure 102 est située au niveau de la plaque d'écoulement 101, si possible de manière coplanaire, à 15 tout le moins le plus parallèle possible. Afin de ne pas empêcher la plaque de mesure 102 de se déplacer sous l'effet des forces générées par l'écoulement granulaire 112, il importe que ladite plaque de mesure 102 puisse se déplacer librement et sans obstacle. Par ailleurs, il est préférable qu'elle soit facilement insérable manuellement 20 au milieu de la plaque d'écoulement 101, mais l'espace libre 200 entre la plaque de mesure 102 et la plaque d'écoulement 101 doit être inférieur aux dimensions des particules de l'écoulement afin que celles-ci ne glissent pas dans cet interstice 201 et ne bloquent ladite plaque de mesure 102. Préférentiellement, les dimensions de l'interstice 201 séparant la plaque de 25 mesure 102 de la plaque d'écoulement 101 sont comprises dans la fourchette 100 pm - 150 pm. La position de la plaque de mesure 102 le long de l'axe longitudinal de la plaque d'écoulement 101 peut varier selon les effets recherchés. Le nombre de plaques de mesure 102 ainsi que le nombre de moyens de 30 mesure 150 associé peut varier. Dans la FIGURE 1, un dispositif 100 selon l'invention est représenté avec une plaque de mesure 102 et deux capteurs de forces 150a et 150b. Cependant, l'invention couvre aussi d'autres -13- configurations de capteurs 150 fixés sous la plaque de mesure 102; et/ou plusieurs plaques de mesure 102 coopérant avec une plaque d'écoulement 101. La FIGURE 3 illustre les résultats de mesures statiques obtenus avec un dispositif de mesure 100 des contraintes basales selon l'invention. Une première série de mesures statiques a été réalisée en déposant un objet de masse connue (M=180 g) sur la plaque de mesure 101 inclinée à a=24° par rapport à l'horizontale. Les forces normales, Fz=Mg cos(a), et tangentielles, Fx=Mg sin(a), ainsi mesurées correspondent au poids de l'objet avec une erreur inférieure à 3% d'une part ; et la tangente inverse du rapport des deux forces (Fx/F,) correspond avec la pente de la rampe à environ 0.1 degré près. La FIGURE 4 illustre les résultats de mesures dynamiques obtenus avec un dispositif de mesure 100 des contraintes basales selon l'invention.

Une deuxième série de mesures dynamiques a aussi été effectuée en réalisant des écoulements en régime permanent sur une plaque d'écoulement 101 inclinée à environ 25°. Les forces normales (F,), tangentielles (Fx) et longitudinales (Fy) sont enregistrées durant ledit écoulement, et la contrainte (Fx/F,) est calculée en temps réel.

Les mesures ont mis en évidence un léger cintrage de la plaque d'écoulement 101 sous l'effet du poids des particules 112 lors de leur passage, suivi d'une relaxation lorsque lesdites particules 112 sont évacuées. A cause de la forte rigidité des capteurs de force 150 et de leur très faible seuil de détection, les mesures sont biaisées lorsque le système utilise deux capteurs car la précontrainte exercée sur chaque capteur n'est pas la même avant et après l'expérience. Pour cette raison, le dispositif 100 utilise préférentiellement un seul capteur à condition que la plaque de mesure soit stable durant l'écoulement (ce qui est le cas sur l'exemple illustré). -14- Le dispositif avec un capteur selon l'invention permet désormais de mesurer avec précisions les contraintes basales générées par des écoulements granulaires. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Notamment, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. En particulier toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux.

Claims (16)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure (100) des contraintes basales d'un écoulement de particules (109), ledit dispositif comprenant : une première plaque (101), dite d'écoulement, à la surface de laquelle (130) s'écoulent les particules (112), ladite plaque d'écoulement (101) présentant une ouverture (200), dite de mesure, sur la surface d'écoulement (130), une seconde plaque (102), dite de mesure, disposée au niveau de l'ouverture de mesure (200) et parallèlement à la plaque d'écoulement (101), et dont les dimensions latérales sont toutes inférieures respectivement à celles de l'ouverture de mesure (200), caractérisé en ce que ledit dispositif (100) comprend en outre au moins un capteur (150) placé sous ladite plaque de mesure (102) et apte à mesurer simultanément la composante normale et au moins une des composantes transversales et/ou longitudinales d'une force agissant sur la plaque de mesure (102).
2. 2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de capteurs synchronisés.
3. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, comprenant en outre des moyens de traitement des données aptes à déterminer une contrainte mécanique et un coefficient de friction à partir des mesures réalisées de l'écoulement desdites particules (120) sur ladite plaque de mesure (102).
4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque d'écoulement (101) est inclinée longitudinalement.-16-
5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque d'écoulement (101) possède une rugosité non uniforme.
6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens formant obstacles à l'écoulement des particules sont fixés sur la plaque d'écoulement (101).
7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'espace libre (201) entre la plaque de mesure (102) et la plaque d'écoulement (101) est inférieur aux dimensions des particules (112) en écoulement.
8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un moyen de liaison relie la plaque de mesure (102) à la plaque d'écoulement (101).
9. 9. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'au moins un moyen de liaison a au moins une rigidité normale et/ou transversale(s) négligeable(s) devant les forces mesurées par ledit dispositif (100).
10. 10.Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend par ailleurs au moins un réservoir (106) apte à contenir lesdites particules d'écoulement (112) et situé à une première extrémité (130) de la plaque d'écoulement.
11. 11.Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'au moins un réservoir (106) comprend un moyen d'ouverture contrôlé (107).
12. 12.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que l'au moins un réservoir est situé en hauteur par rapport à la plaque d'écoulement, de manière à ce que les particules s'écoulent sur la plaque d'écoulement sous l'effet de la gravité.-17-
13. 13.Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'au moins un capteur (150) a une bande passante supérieure au kilohertz.
14. 14.Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'au moins un capteur (150) est de type piézoélectrique.
15. 15.Procédé de mesure des contraintes basales d'un écoulement de particules (112) à l'aide d'un dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, ledit procédé comprenant au moins une des itérations suivantes : déclenchement du moyen d'ouverture contrôlé (107), écoulement des particules (112) sur la plaque d'écoulement (101), mesure simultanée de la composante normale et d'au moins une des composantes transversales et/ou longitudinales des forces exercées sur la plaque de mesure (102) durant l'écoulement.
16. 16.Procédé selon la revendication précédente, comprenant par ailleurs une étape ultérieure de calcul des contraintes mécaniques et/ou du coefficient de friction à partir des mesures de forces.20