Une formation de rivières fractales lors de l’érosion d’un lit granulaire
Architecte du Grand Canyon et des fjords, l’érosion taille des paysages remarquables. Les tout premiers instants du phénomène restent cependant méconnus. Une collaboration internationale, impliquant des membres de l’Institut universitaire des systèmes thermiques industriels, a montré que l’érosion d’un lit granulaire commençait par la formation de rivières fractales. Ces travaux sont publiés dans la revue PNAS.
L’érosion d’un lit de particules démarre lorsque les forces hydrodynamiques du fluide qui le recouvre dépassent une certaine fraction du poids des particules. Si le phénomène est bien connu, la description complète du seuil de mise en mouvement manque toujours au niveau microscopique. Une étude réalisée dans le cadre d’une collaboration internationale, dont une équipe de l’Institut universitaire des systèmes thermiques industriels (IUSTI, CNRS/Aix-Marseille université), a adopté une approche à la fois théorique, numérique et expérimentale du phénomène. Les chercheurs se sont aperçus que, lorsqu’elles se déplacent, les particules en surface forment des motifs fractals qui rappellent les embranchements des cours d’eau.
Ces résultats peuvent être expliqués par un modèle qui intègre à la fois le désordre du lit statique et les interactions entre les particules mobiles qui s’entrechoquent. Il établit un nouveau lien entre les phénomènes d’érosion de sédiments et les transitions de phase qui se produisent dans des environnements désordonnés. Ce modèle théorique peut également s’appliquer à certains supraconducteurs désordonnés. Les milieux granulaires, où les particules sont faciles à visualiser, sont donc idéaux pour faire progresser la physique du désordre.
Exemple de trajectoires des particules et de formation de rivières fractales
Références :
Scale-free channeling patterns near the onset of erosion of sheared granular beds,
P. Aussillous, Z. Zou, E. Guazzelli, L. Yan, and M. Wyart
PNAS - Volume 113, No 42
DOI: 10.1073/pnas.1609023113