Mesure acoustique des suspensions granulaires dans l’air turbulent

Les suspensions diluées dans lesquelles les particules solides sont transportées par un gaz turbulent sont présentes dans divers contextes géophysiques. Les exemples incluent les tempêtes de sable, les avalanches de neige et les courants de densité pyroclastiques. Les propriétés de ces suspensions, telles que la vitesse d’écoulement, la pression dynamique et la distance de parcours, sont, dans une large mesure, déterminées par la concentration de particules. Cependant, elle reste difficile à mesurer pratiquement en raison de l’opacité optique du milieu due à la diffusion de la lumière par les particules.

Les chercheurs du Laboratoire Magmas et Volcans (UCA-CNRS-IRD) et de l’Institut Langevin (ESPCI Paris-PSL-CNRS) ont mis au point une technique qui permet de mesurer par méthode acoustique la concentration solide locale dans des suspensions turbulentes d’air et de particules. Ces résultats ont été obtenus en menant des expériences dans un conteneur rectangulaire dans lequel des billes de verre de centaines microns étaient suspendues par un flux d’air vertical ascendant et la propagation balistique des ultrasons à travers la suspension était mesurée (figure ci-joint). La concentration des particules a ensuite été extraite à partir de l’atténuation et de la vitesse de ces ondes sur la base de modèles de diffusion acoustique et d’hydrodynamique d’un milieu diphasique. Ce projet apporte un nouvel outil pour étudier les processus fondamentaux des mélanges turbulents de gaz et de particules, particulièrement critique pour la compréhension des phénomènes naturels comme les courants de densité pyroclastiques.


Figure : (a) Dispositif expérimental. (b) Illustration schématique où les billes de verre sont suspendues par un flux d’air vertical injecté à la base du dispositif. La concentration des particules est mesurée dans le temps par ondes ultrasonores à l’aide d’un émetteur (D) et d’un récepteur (S). (c) Flux d’air à vitesse U nécessaire pour suspendre les particules (S. van den Wildenberg) © LMV

Reference
Acoustic probing of the particle concentration in turbulent granular suspensions in air,
S. van den Wildenberg, X. Jia and O. Roche
Scientific Reports 10, Article number : 16544 (2020)
DOI : 10.1038/s41598-020-73427-z

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