Résumé
Cette thèse porte sur l’étude numérique du compactage de matériaux granulaires constitués de particules molles, capables de se déformer élastiquement ou plastiquement sans se rompre. Au cours d’une compaction, le changement de forme des particules, combiné à leur réarrangement, conduit à l’obtention de matériaux à haute compacité, proche de l’unité. Les domaines d’application sont vastes, allant des industries chimique, nucléaire, cosmétique, alimentaire ou pharmaceutique, au secteur de la construction. L’approche numérique employée dans ce travail est basée sur la méthode des points matériels pour traiter la déformabilité des particules, couplée à la méthode de la dynamique des contacts pour gérer les interactions entre particules. Cette approche s’avère particulièrement efficace pour une étude quantitative du compactage d’assemblages de sphères molles. L’effet des dimensions du système a été étudié en détail, permettant de préciser la taille minimale d’un système représentatif. Que la sollicitation soit quasi-statique ou rapides, les propriétés rhéologiques et texturales des assemblages en cours de compaction jouent un rôle crucial. Nous montrons également que l’évolution de la compressibilité du système en fonction de la compacité est fortement non linéaire au-delà de la transition de rigidité. Trois régimes sont identifiés : le premier correspond à une réorganisation du système sans changement significatif de la forme des particules ; le second à des réarrangements induits par des changements de forme ; et le dernier à des changements de forme sans réarrangements majeurs. Les limites en termes de compacité entre ces trois régimes dépendent de la vitesse de déformation. Enfin, des expériences de compaction d’assemblages de billes molles d’hydrogels, couplées à une micro-tomographie aux rayons X, ont été réalisées, enrichissant et validant notre approche numérique.