Des chercheurs de l’Institut Langevin et de l’Université Clermont Auvergne publient une étude expérimentale originale sur la manière dont les ondes de choc se propagent dans des matériaux granulaires — tels que des billes de verre ou du sable — lorsqu’ils subissent un impact.
Leur travail révèle une transition claire entre trois régimes successifs à mesure que l’intensité de l’impact augmente : (i) des ondes élastiques linéaires ; (ii) un régime non linéaire où la vitesse d’ondes élastiques diminue en raison des glissements frictionnels et des réarrangements entre grains ; (iii) puis la formation d’un véritable front de choc dont la largeur reste étonnamment constante — environ dix diamètres de grains — quel que soit l’intensité du choc que le type de matériau (billes sèches, légèrement mouillées ou sable).
Les chercheurs montrent aussi que deux types d’ondes coexistent : un front de choc rapide et des ondes élastiques plus lentes, bien séparées dans le temps. Ce décalage s’accentue lorsque l’impact devient plus fort, car le front de choc accélère tandis que le milieu granulaire s’affaiblit mécaniquement par l’impact, ralentissant la propagation des ondes élastiques.
L’ajout d’une petite quantité d’huile modifie fortement l’amortissement des ondes élastiques diffusées, sans changer notablement la dynamique du front de choc. Ces résultats suggèrent un mécanisme d’atténuation en cascade : l’énergie transmise par le choc se convertit d’abord en ondes élastiques non linéaires (par exemple via collisions), puis se dissipe progressivement par l’absorption visqueuse et la friction via des ondes élastiques diffusées.
Au-delà de ses implications pour les processus naturels (impact de météorite, mouvements du sol) et pour les applications industrielles (écoulements granulaires), cette étude ouvre aussi une voie pour explorer, dans un milieu granulaire 3D, des phénomènes apparentés au célèbre problème de Fermi–Pasta–Ulam–Tsingou, au cœur de la physique des systèmes non linéaires.
Figure : Illustration du dispositif expérimental. Les ondes de choc et les ondes élastiques sont générées par un impact sur un piston P placé au sommet d’un empilement granulaire, et sont mesurées respectivement par les accéléromètres (A₁ et A₂) et par un transducteur piézoélectrique (T).
Référence :
S. van den Wildenberg, X. Nguyen, A. Tourin, and X. Jia
Impulsive shock wave propagation in granular packings under gravity
Mechanics Research Communications. 150, 104573 (2025)
Contact :
| Xiaoping JIA Tél. : 01 80 96 30 43  |
