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Granular flows, which are common in nature and industry, have particular characteristics that are different from the ordinary flow of liquid (eg. water, oil, etc.) and are not yet well understood in the literature. This case underlines the lack of knowledge on the exchange rate between solid and liquid states of granular flows which is the origin of the erosion - deposition phenomenon and constitutes the core of this thesis. To address the issue of the exchange rate solid - liquid, this work is based mainly in two subjects. The first subject is to study the processes of erosion and deposition of a flow generated by the grains stocked in a reservoir. By releasing naturally with zero-velocity the grains to generate the granular flow, we quantified the relation between the erosion and deposition for determining the neutral angle which defines the slope where these two processes balance. The second subject is to analyze the fall of grains in Sinai step problem by studying the spread of the march. For both works, we conduct not only the experimental but also theoretical studies based on the phenomenological models of the exchange rate proposed by BCRE (Bouchaud, Cates, Ravi Prakash and Edwards) and BDG (Boutreux and de Gennes) with some modifications., Bien que répandus dans l'environnement et dans l'industrie, les écoulements granulaires possèdent des caractéristiques particulières qui sont différentes de celles des écoulements de liquides ordinaires comme l'eau (fluides newtoniens). L'une de ces caractéristiques est de présenter un seuil d'écoulement, il est donc fréquent qu'une des frontières de l'écoulement soit constituée de grains au repos (frontière érodable). L'échange entre les deux états solide et liquide d'un écoulement granulaire est à l'origine du phénomène d'érosion et de déposition et constitue le cœur de cette thèse. Nous y effectuons à la fois des études expérimentales et des études théoriques en nous basant sur les modèles phénoménologiques concernant le taux d'échange proposés par Bouchaud, Cates, Ravi Prakash et Edwards et modifiés par Boutreux et de Gennes. A l'aide d'un dispositif expérimental permettant de lâcher sans vitesse initiale une colonne de grains sur une pente granulaire, nous avons quantifié l'importance relative des phénomènes d'érosion et de déposition notamment en déterminant l'angle neutre qui définit la pente critique pour laquelle ces deux processus s'équilibrent. Dans un deuxième temps nous avons appliqué le modèle proposé par Boutreux et de Gennes au cas de l'étalement d'une « marche » granulaire (marche du Sinaï).

International audience; Models of monodisperse particle flow in partially filled three-dimensional tumblers often assume that flow along the axis of rotation is negligible. We test this assumption, for spherical and double cone tumblers, using experiments and discrete element method simulations. Cross sections through the particle bed of a spherical tumbler show that, after a few rotations, a colored band of particles initially perpendicular to the axis of rotation deforms: particles near the surface drift toward the pole, while particles deeper in the flowing layer drift toward the equator. Tracking of mm-sized surface particles in tumblers with diameters of 8-14 cm shows particle axial displacements of one to two particle diameters, corresponding to axial drift that is 1-3% of the tumbler diameter, per pass through the flowing layer. The surface axial drift in both double cone and spherical tumblers is zero at the equator, increases moving away from the equator, and then decreases near the poles. Comparing results for the two tumbler geometries shows that wall slope causes axial drift, while drift speed increases with equatorial diameter. The dependence of axial drift on axial position for each tumbler geometry is similar when both are normalized by their respective maximum values.

International audience; The flow of a granular material down an incline of finite width with a strain-rate dependent coefficient of friction and a conical yield criterion is semi-analytically obtained using a characteristic method for flows on a deep layer of grains. This analysis leads to a flow field with three distinct zones: a Bagnold-flow zone below the free surface, a dead zone and a matching zone between the two, linked to slippage at the wall. A good agreement between the computed flow field and experimental data is obtained.

Dense granular flows, which are common in nature and industry, have peculiar characteristics that seem to strongly depend on geometries. When the bottom, which supports the flow, can be eroded, the mechanisms determining the position of the liquid-solid interface or the velocity of the grains down the slope are not yet well understood. This case underlines the lack of knowledge about the rheology of dense granular flows. The experimental study of flows on heap is the central part of this thesis.In order to provide a detailed description of flows on heap, we first carried out an experimental study of the stationary flows in a channel. Systematic measurements allowed us to highlight the important role of sidewalls in such systems: the flow properties are completely controlled by the width of the channel. According to this result, we proposed a model based on a recent rheology. This rheology has been then extended to three dimensions and was applied to our configuration. Numerical simulations quantitatively reproduce the properties of steady flows . We finally studied a peculiar avalanche in order to understand the exchange between the flowing layer and the bottom by following the flowing-thickness during the transient regime. In spite of some limits, this work shows the relevance of a local rheology, which opens the way to more complete model of the dense granular flows., Bien qu'assez répandus dans le milieu naturel et dans diverses activités industrielles, les écoulements granulaires denses possèdent des caractéristiques particulières qui semblent dépendre fortement des géométries observées. Lorsque le fond qui supporte la coulée peut être érodé, les mécanismes déterminant la position de l'interface liquide-solide ou la vitesse à laquelle la pente est dévalée ne sont pas encore bien compris. Ceci provient du manque de connaissance de la rhéologie des écoulements granulaires et constitue le coeur de cette thèse.Ce travail s'articule principalement en trois parties. Premièrement, dans le but de fournir une description détaillée des écoulements sur tas, une étude expérimentale systématique des écoulements stationnaires a été menée dans un canal. Nous avons ainsi pu mettre en évidence l'importance des parois latérales du système dans le cadre des écoulements à la surface d'un tas : les propriétés de l'écoulement sont complètement contrôlé par la largeur du canal. Ce constat nous a ensuite conduit à la proposition d'une modélisation fondée sur une rhéologie récemment développée.Cette rhéologie a été ensuite étendue à trois dimensions et appliquée à notre configuration. Des simulations numériques permettent de reproduire correctement les propriétés des écoulements stationnaires. Nous avons enfin étudié un phénomène transitoire particulier afin de comprendre la manière dont l'épaisseur coulante évolue. Malgré la présence de certaines limitations, ce travail montre qu'une description locale des écoulements granulaire est appropriée et que la rhéologie proposée ouvre la voie à des modélisations plus complètes des écoulements granulaires denses.