En vous promenant le long de la plage, nos empreintes de pas nous disent que le sable sous la surface doit s'être déplacé, mais pas précisément où ni comment. Des mouvements similaires se produisent dans de nombreuses autres substances naturelles et artificielles, comme la neige, Matériaux de construction, poudres pharmaceutiques, et même des céréales.

Pour examiner ces mouvements granulaires largement inconnus, des universitaires du Sydney Centre in Geomechanics and Mining Materials (SciGEM) dont le professeur de génie civil, Itai Einav et associé de recherche postdoctoral, Le Dr James Baker a développé une nouvelle méthode aux rayons X qui permet aux scientifiques de voir à l'intérieur des écoulements granulaires. Nommé rhéographie aux rayons X, ou "flux d'écriture", leur approche recueille des informations à l'aide de la radiographie haute vitesse en 3 points, puis rassemble ces informations en résolvant un puzzle de style Sudoku.

"Imaginez le café dans les moulins, riz en silos, et les minéraux sur les convoyeurs - nous savons depuis longtemps que les grains cachés dans le vrac se déplacent, mais jusqu'à présent nous n'avons pas compris précisément comment. Notre rhéographie aux rayons X est la première méthode physique pour résoudre ce problème, " a expliqué le professeur Einav.

Cette percée est la dernière issue du laboratoire "DynamiX" de l'équipe, un unique, installation sur mesure qui a été créée en 2015 pour étudier les milieux granulaires fluides. Le laboratoire se compose d'une grande salle de radiographie plombée, avec trois couples source-détecteur mobiles pour permettre l'interrogation de nombreuses expériences différentes, et une salle de contrôle externe.

La nouvelle technique de rhéographie aux rayons X a la capacité de former une image tridimensionnelle de grains en mouvement, ce qui a aidé les chercheurs à mieux comprendre comment les particules circulent et se comportent dans diverses circonstances. Dans de nombreux exemples, ils ont découvert que les médias granulaires ont tendance à s'écouler selon des modèles et des vagues uniques.

"Contrairement aux fluides, nous avons découvert que confiné, des écoulements granulaires stables tridimensionnels surviennent à travers des cycles de contraction et d'expansion, à la 'poumons granuleux'. De nouveau, contrairement aux fluides, nous avons également constaté que les grains ont tendance à se déplacer le long de lignes parallèles, même près des limites courbes.

Expérimenter avec divers matériaux granulaires, l'équipe a également découvert que la forme est un facteur important dans la détermination du débit, par exemple, les grains d'orge allongés se déplacent plus rapidement que leurs homologues sphériques. Dans d'autres situations, différents types de grains peuvent avoir tendance à se regrouper, ou "séparer", un peu comme lorsque vous videz une boîte de céréales.

Les résultats des chercheurs peuvent être appliqués à un certain nombre d'industries, comme aider à développer de meilleures solutions de silo pour les céréales comestibles, prévenir le gaspillage et la détérioration dans l'agriculture et la fabrication alimentaire à grande échelle, ainsi qu'un transport et un stockage plus efficaces des ressources minières.

"Jusqu'à maintenant, comprendre les mouvements granulaires dans les matériaux opaques a longtemps été un défi pour de nombreuses industries telles que l'ingénierie, science, l'exploitation minière et même l'agriculture, " a expliqué le Dr James Baker.

« Les avantages potentiels couvrent de nombreux domaines, que ce soit pour comprendre le mélange de poudres pharmaceutiques ou le transport efficace de céréales alimentaires ou de matériaux de construction."

Le professeur Einav espère que l'approche créative de son équipe en utilisant un jeu de logique pour répondre à une question scientifique longtemps incomprise pourra aider à repenser d'autres approches de recherche, « Nous avons appliqué avec succès une nouvelle approche à un problème en cours. Nous devons donc nous demander comment d'autres jeux peuvent nous aider à faire de nouvelles avancées ? »

Le papier, La rhéographie aux rayons X révèle des écoulements granulaires planaires malgré des parois non planes a été co-écrite par le professeur Itai Einav, Dr James Baker, Dr François Guillard et Dr Benjy Marks et a été publié dans Communication Nature le 30 novembre.