Sur une zoologie d'avalanches viscoplastiques 3D

• Paul VIGNEAUX (CNRS : PIMS-IRL & LAMFA)

Room: Amphi Hennequin Nous présentons une zoologie d'écoulements obtenus dans une configuration de lâcher d'une masse parallélépipédique ("dam break") d'un fluide de Bingham. Le modèle utilisé est de type Saint-Venant, à base d'inégalité variationnelle. Nous explorons d'une part une série de fonds plans inclinés de différents angles. D'autre part, nous étudions trois topographies complexes construites avec des gaussiennes induisant, tour à tour, un barrage, une déflexion ou une concentration de l'écoulement. Le matériau peut éventuellement submerger ces obstacles.

Tsunamis générés par l'effondrement de colonne éruptive : une approche expérimentale

• Céline Vaerewyck (Laboratoire Magmas et Volcans)

Room: Amphi Hennequin Explosive volcanic eruptions at sea or near coastlines can produce eruptive columns of hot gas and solidified magma fragments that may rise up to 50-55 km before collapsing into the water. Long overlooked, this process has recently been proposed as a potential tsunami source, notably during the January 2022 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai eruption. It offers a new perspective on tsunami generation and may shed light on historical events such as the 1883 Krakatau eruption. Yet, the tsunamigenic potential of eruptive column collapse into the sea remains largely hypothetical and poorly constrained. In this context, we present exploratory laboratory experiments on the vertical collapse of granular material into water, systematically varying the initial granular mass, drop height, and average particle volume concentration. Our study shows that (i) vertical granular collapse into water can generate tsunamis, (ii) the amplitude of the first wave is mainly controlled by the granular mass flow rate at impact, and (iii) the wave generation process differs quantitatively, but not qualitatively, from solid-block impacts. These findings provide experimental evidence of the tsunamigenic potential of eruptive column collapse and open new avenues for understanding and modeling this source mechanism, as well as for reinterpreting tsunamis reported during past eruptions.

Particle shape variability in granular flows

• Duc-Cuong Pham (LMGC Universite de Montpellier)

Room: Amphi Hennequin Understanding the micromechanics of granular flows is critical for modeling natural hazards and industrial processes, yet the role of statistical particle shape variability remains unclear. Indeed, in most reported studies all particles have the same shape while in natural granular materials there is generally a strong variability around an ‘average’ or ‘reference’ shape. Using 3D Discrete Element Method (DEM) simulations of assemblies of icosahedral particles under triaxial compression, we investigate how a geometrical perturbation around the reference icosahedral shape influences the transition from a dense static state to continuous critical-state flow. We find that at the stress peak state, macroscopic shear resistance is sensitive to shape variability, driven by transient geometric interlocking and spatial polarization of the strong-contact network. However, as the assembly tends towards a steady flow state, the effect of volume dilation reduces the effect of interlocking and thereby all flowing assemblies converge into a universal, shape-independent critical state. In this regime, macroscopic equilibrium is sustained exclusively by a residual frictional network where tangential forces play a uniquely dominant role compared to classical spherical models. Our results suggest that statistical geometric disorder can be employed as a parameter to control internal force-transmission routes from fabric-organized to friction-mobilized in complex granular flows.

Size segregation due to finer grain infiltration in bedload transport

• Philippe Frey (UGA, INRAE, IGE, Grenoble)

Room: Amphi Hennequin Bedload, the coarser material transported near the bed by turbulent flow in stream channels, has major consequences for public safety, and environmental sustainability. Size segregation is responsible for our limited ability to predict sediment flux and river morphology, hence to mitigate risks, especially in mountains where steep slopes drive an intense transport of a wide range of grain sizes. Specific experiments [1] were carried out in a 10% steep, narrow channel, with a constant turbulent flow in two stages. In the first stage, coarse spherical beads of diameter 5 mm were introduced at a constant feed rate to obtain a sediment bed in one-size-equilibrium (constant flow rate and slope; sediment outflux equal to influx). In the second stage, finer beads of different diameters (from 0.7 mm to 4mm) were introduced at different feed rates, the coarse feed rate remaining constant. The objective was to study the influence of (1) the grain size ratio (coarse to fine) and (2) the percentage of the fine feed rate in the total feed. Depending on these parameters, the slope of the bed evolved eventually reaching a new two-size equilibrium value either larger (aggradation) or smaller (degradation) than the one-size slope [1]. Each experiment was recorded at high temporal image frequency allowing further insight at the grain scale. Particle tracking algorithms based on a continuous minimisation energy method [2] were developed to detect the coarse beads, and to track their trajectories. We will analyse herein the depth profiles of particle streamwise velocity, concentration and sediment transport rate of the coarse beads once the two-size equilibrium is reached. Depending on the grain size ratio and the percentage of the finer feed rate in the total feed, a variable thickness layer of fine grains on top of which coarse grains moved was observed. For the same constant coarse sediment rate, coarse grains moved either in concentrated low velocity clusters or individually at higher velocity. Better understanding of bedload size segregation at the grain scale should permit upscaling to river morphology modelling. 1. Dudill A, Lafaye de Micheaux H, Frey P, Church M. 2018. Introducing finer grains into bedload: The transition to a new equilibrium. Journal of Geophysical Research: Earth Surface 123(10): 2602-2619. https://doi.org/10.1029/2018JF004847 2. Frey, P., Ducottet, C., 2025. Particle Tracking with Continuous Energy Minimization for the Study of Segregation in Bedload Transport. Experiments in Fluids 66, 150. https://doi.org/10.1007/s00348-025-04072-3

Interactions proches dans les écoulements granulaires immergés

• Aline Lefebvre-Lepot (CNRS / CMAP-Ecole Polytechnique)

Room: Amphi Hennequin Cette présentation porte sur la simulation des milieux granulaires denses composés de particules macroscopiques en suspension dans un fluide visqueux, comme les boues. Ces systèmes présentent des comportements macroscopiques extrêmement complexes, incluant des phénomènes tels que les instabilités de concentration et les blocages d’écoulement. Au cœur de ces comportements se trouvent les interactions physiques microscopiques entre particules voisines, en particulier les effets de lubrification induits par le fluide interstitiel, ainsi que les contacts solides. Ces interactions sont essentielles non seulement pour comprendre les écoulements granulaires immergés, mais aussi dans le cadre plus large des suspensions de particules. Malgré leur importance, l’influence de ces mécanismes microscopiques sur la dynamique globale du système reste mal comprise. Une difficulté majeure provient du caractère singulier de ces effets lorsque la distance entre particules tend vers zéro, introduisant des singularités temporelles. Nous présenterons dans cet exposé de nouveaux modèles de type dynamique des contacts, prenant en compte la lubrification ainsi que le contact solide, avec ou sans friction. Nous montrerons que l’on peut construire, à partir de ces modèles, des schémas numériques stables et robustes. Ces schémas mènent, à chaque itération en temps, à la résolution d’un problème d’optimisation sous contrainte. Nous illustrerons l’exposé par des résultats numériques.

Modéliser les écoulements granulaires denses à partir d'un cadre thermodynamique

• Maëlle Labeille (Laboratoire Jean Kuntzmann (Université Grenoble Alpes))

Room: Amphi Hennequin La rhéologie μ(I) pour les écoulements granulaires denses est a priori linéairement mal posée, sauf lorsqu'on suppose que la dilatance vérifie une certaine équation bien précise (Barker et al. 2017). Cette équation - liée au principe de normalité pour les écoulements plastiques - apparaît naturellement quand on suppose que le tenseur de contrainte dérive d'un potentiel, ce qui motive l'utilisation d'un cadre thermodynamique tel que celui des Matériaux Standards Généralisés. Je propose une écriture pour un tel potentiel, qui intègre à la fois la notion de *critical state* pour le régime d'écoulement quasi-statique, et la rhéologie μ(I) pour le régime inertiel.

Combined influence of particle friction and inertia on hysteresis in granular media on an inclined plane

• Raphael Maurin (IMFT, Toulouse INP)

Room: Amphi Hennequin Understanding the transition between fluid-like and solid-like regimes of granular materials requires elucidating its hysteretic behavior. Yet, the origin of this hysteresis, defined as the difference in external stress necessary to induce flow or jamming of a granular medium, is still debated. While the origin of this hysteresis has long been attributed to grain’s inertia, recent studies have shown that it depends on interparticle friction. To clarify the role of the different effects and possible interplays between them, we study the fluid-solid transition through three-dimensional discrete element simulations of dry and model-immersed granular flows down an inclined plane. In the dry case, a finite hysteresis is observed at the static-flowing transition even for frictionless particles. The hysteresis amplitude is shown to depend both on interparticle friction and particle inertia. Decoupling the effects of friction and inertia allows us to rationalize in a coherent picture the different results found in the literature. In particular, hysteresis is shown to become negligible when both friction and inertia are small, while it cannot be disregarded when at least one of them is present. The link between hysteresis amplitude and the discontinuous jump of compaction at the jamming transition is discussed. While the presence of hysteresis for frictionless particles is not associated with notable dilatancy and compaction at transitions, the coordination number exhibits discontinuous jumps at both transitions. Also, it is shown that the avalanche angle is directly linked to the static coordination number, and that the hysteresis amplitude is related to the coordination number discontinuity observed at jamming. These results highlight the strong link between the jamming-unjamming transition and the evolution of the granular microstructure through friction and inertia.

Génération de tsunamis par écoulement granulaire fluidisé peu dense le long d’une rampe inclinée

• Alexandre Kane (Laboratoire Magmas et Volcans, Université Clermont-Auvergne)

Room: Amphi Hennequin Bien que de nombreux tsunamis soient générés par des séismes sous-marins, une partie d’entre eux l’est par l’écoulement ou l’effondrement d’une grande quantité de matière depuis l’air dans une étendue d’eau. Par exemple, des tsunamis peuvent apparaître suite à des glissements de terrain [1, 2], des effondrements de glacier ainsi que des coulées pyroclastiques [3, 4]. Ce phénomène a fait l’objet d’études expérimentales [1, 2, 3] et de simulations numériques [4] et il s’avère complexe car il met en jeu trois phases distinctes : l’eau, un matériau granulaire et le gaz interstitiel. Nous avons réalisé des expériences de relâchement de colonne de billes sphériques et quasi monodisperses, afin de générer un écoulement granulaire sur une rampe inclinée. Les billes ont un diamètre moyen de 80 µm et une masse volumique de 1050 kg/m³ correspondant à une masse volumique effective qui atteint 478 kg/m³ lorsque la colonne granulaire est pleinement expansée. Le matériau granulaire est fluidisé dans le réservoir et le long de la rampe inclinée par injection d’air à travers des plaques poreuses, avant de finir sa course dans un canal rempli d’eau. Les propriétés de l’écoulement granulaire sont déterminées à l’impact avec l’eau, tandis que les propriétés de la vague ainsi générée sont mesurées à 2,4 mètres en champ lointain. Après impact, l’écoulement se divise en une partie qui se maintient à la surface de l’eau et une autre qui coule, générant un courant de turbidité. Les résultats préliminaires suggèrent que la hauteur de la vague est corrélée avec la hauteur de la colonne granulaire qui contrôle la vitesse de l’écoulement avant impact. Mots clés : Tsunami, Milieu granulaire, Coulée pyroclastique, Fluidisation Références : [1] W. Sarlin et al., From granular collapses to shallow water waves: a predictive model for tsunami generation, Phys. Rev. Fluids 7, 094801 (2022) [2] A. Darvenne et al., Physical model of landslide-generated impulse waves: experimental investigation of the wave-granular flow coupling, J. Geophys. Res. Oceans, 10.1029/2024JC021145 (2024) [3] A. Bougouin et al., Impact of fluidized granular flows into water: implications for tsunamis generated by pyroclastic flows, J. Geophys. Res. Solid Earth, 125(5):e2019JB018954, 2020. [4] Battershill, Lily, et al. "Numerical simulations of a fluidized granular flow entry into water: insights into modeling tsunami generation by pyroclastic density currents." J. Geophys. Res. Solid Earth 126.11 (2021)

Solution faible pour un modèle d'écoulement granulaire

• laurent chupin (UCA)

Room: Amphi Hennequin Dans cet exposé, je m'intéresserai à l'existence de solutions pour un modèle d'équations aux dérivées partielles décrivant les écoulements granulaires. Nous verrons le rôle essentiel de la dilatation de l'écoulement, associée à une rhéologie complexe, permettant de garantir une énergie dissipative. L'un des point clef de la présentation est de comprendre comment cette énergie, issue de termes fortement non linéaires et singuliers, contribue à l'existence de solutions faibles.

Méta-modélisation de propagation d’écoulement granulaire sur plan incliné

• Abigaël Darvenne (BRGM)

Room: Amphi Hennequin Les écoulements gravitaires (e.g. avalanches de blocs et coulées de débris) peuvent représenter une menace importante pour la population et les infrastructures [1]. Les modèles d’écoulements en couche mince sont souvent utilisés pour simuler ces écoulements et estimer les zones potentiellement impactées [2]. Des cartes d’aléas peuvent ensuite être obtenues en propageant les distributions de probabilité associées au variables d’entrées des simulations (volume initial et paramètres rhéologiques), aux résultats des simulations. Celles-ci pouvant nécessiter des dizaines d’heures de calcul, les études opérationnelles d’aléas avec des modèles de couche mince sont souvent basées sur un nombre limité de conditions initiales et de paramètres rhéologiques. L'utilisation des méta-modèles permet de réduire le coût calculatoire de la propagation des incertitudes qui nécessite l’évaluation de nombreux résultats de simulations. Il s'agit d'approximations statistiques des résultats d'un modèle numérique, entraînées à partir d'une base de données de simulations, puis utilisées pour estimer les sorties du modèle à moindre coût [3]. L'objectif de cette étude est de développer de nouvelles techniques de méta-modélisation adaptées aux modèles de couche mince, pour l'évaluation des aléas gravitaires. Nous nous concentrons sur un cas synthétique de propagation d'une masse le long d'un plan incliné, et modélisons sa propagation avec le modèle de couche mince SHALTOP. Le méta-modèle estime des cartes d’épaisseur maximale simulées par SHALTOP, en utilisant comme variables d’entrée le volume de la masse initiale ainsi qu'un coefficient de friction basal contrôlant la mobilité du glissement. La méthodologie comprend deux étapes, une première étape de réduction de dimension des cartes d'épaisseur maximale et une deuxième étape de prédiction statistique par krigeage des variables latentes de la réduction de dimension. Finalement les cartes d'épaisseur maximale prédites avec le méta-modèle, et par simulation directes sont comparées en terme d'emprise de glissement et pour la construction de carte d'aléas. **References** [1] Mitchell, A., McDougall, S., Aaron, J., Brideau, M. A. *Rock avalanche-generated sediment mass flows: definitions and hazard.*, Frontiers in Earth Science, 8, 543937 (2020). [2] Peruzzetto, M., Paris, A. M. *Simulation des écoulements gravitaires avec les modèles d’écoulement en couche mince: état de l’art et exemple d’application aux coulées de débris de la Rivière du Prêcheur (Martinique, Petites Antilles)*, (2023). [3] Rohmer, J., Sire, C., Lecacheux, S., Idier, D., Pedreros, R. *Improved metamodels for predicting high-dimensional outputs by accounting for the dependence structure of the latent variables: application to marine flooding.*, Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 37(8), 2919-2941 (2023)

A new brittle-elastoviscoplastic fluid based on the Drucker-Prager plasticity

• Pierre SARAMITO

Room: Amphi Hennequin This talk presents a new brittle-elastoviscoplastic (BEVP) fluid model [1]. This model is relatively simple to use, as it contains few material parameters and a simple fixed-point algorithm is effective for solving the coupled system of equations. The model combines some existing fundamental features such as elasticity, plasticity and brittle damage. The combination of them is based on thermodynamics that ensures the positivity of the dissipation and the Onsager symmetry. Moreover, thermodynamics allows to point out the link between thixotropy and damage in the context of elastoviscoplastic (EVP) fluids. From convex analysis, new theoretical results on the Drucker-Prager plasticity criterion are also obtained in order to derive the viscoplastic dissipation potential. Preliminary results with the proposed BEVP model are very encouraging: it is able to represent the pre-failure, failure and post-failure behavior of quasi-brittle materials.

A relaxation method for time-dependent viscoplastic flows

• Francois Bouchut (CNRS & Université Gustave Eiffel)

Room: Amphi Hennequin We propose a new numerical scheme for the approximation of the flow of time dependent viscoplastic fluids. A major advantage of this scheme, based on the relaxation of the nonlinearity, is that it only requires the resolution of one linear system per time step. Moreover it satisfies the balance of the conserved quantity, and it is proved to converge to the solution of the continuous problem. This behaviour is illustrated by the comparison of numerical solutions with analytical ones.

Interactions fluide–particules en érosion et transport sédimentaire.

• Carine Lucas

Room: Amphi Hennequin Interactions fluide–particules en érosion et transport sédimentaire.

Flow behavior of non-convex cohesionless granular assemblies

• Auwal Alhassan Musa (Mechanics and Civil Engineering Laboratory (LMGC), CNRS, University of Montpellier)

Room: Amphi Hennequin Particle shape is known to significantly influence packing behavior and mechanical response of granular media [1, 2]. Non-convex particles, in particular, exhibit complex interlocking mechanisms that affect both the packing state and shear strength [3]. However, a systematic understanding of how particle shape governs the transition from static packing to frictional failure remains open, particularly for highly non-convex particles. In this work, we investigate this relationship using hexapod-shaped particles with aspect ratios (⍺), which control the degree of non-convexity, ranging from 1 to 15. Nine samples of 10,648 mono-sized hexapods are prepared by means of isotropic compaction under periodic boundary conditions. The dense isostatic packings then served as initial states for triaxial shear simulations under quasi-static conditions. All the simulations were carried out using an in-house code (rockable) [4], which implements the classical Discrete Element Method (DEM) for arbitrary particle shape [5]. We observe a non-monotonic variation of the packing fraction of these packings with increasing α, while interlocking increases monotonically. The coordination number Z increases steadily with α, then rapidly beyond a critical value as highly non-convex hexapods establish contacts with second neighbors. The constraint number Zc (average number of geometrical constraints per particle) reaches a nearly isostatic value of 12, due to the absence of friction in the preparation process, for all non-spherical hexapods (compared to 6 for spheres), indicating a highly connected initial fabric that resists contact loss at the onset of shearing. The shear response with frictional particles reveals a clear connection between particle shape and shear strength. As α increases, the normalized deviatoric stress increases more rapidly, with peak strength rising by nearly 80% from spheres (α = 1) to hexapods with α = 9. This amplification arises from the ability of longer-armed hexapods to resist sliding and rotation through geometric interlocking, playing a more dominant role than friction alone. Despite this dramatic increase in shear strength, yet, the Mohr-Coulomb failure envelope passes through the origin at peak and critical states, ruling out geometric cohesion as a true material property. Future work will examine whether introducing true adhesive forces (e.g., through capillary bridges or cementation) would interact with particle shape to produce a genuine cohesion intercept. Keywords: Discrete Element Method, Non-convex particles, Granular flow, Shear strength, Granular material References 1. Trieu-Duy Tran, Saeid Nezamabadi, Jean-Philippe Bayle, Lhassan Amarsid, Farhang Radjai, Effect of interlocking on the compressive strength of agglomerates composed of cohesive nonconvex particles, Advanced Powder Technology 36, (2) 2025, 104780, https://doi.org/10.1016/j.apt.2025.104780 2. Trieu-Duy Tran, Saeid Nezamabadi, Jean-Philippe Bayle, Lhassan Amarsid, Farhang Radjai, Contact networks and force transmission in aggregates of hexapod-shaped particles Soft Matter, 20, 3411-3424, 2024, https://doi.org/10.1039/D3SM01762A 3. E Az´ema, F Radjaı, Stress-strain behavior and geometrical properties of packings of elongated particles. Phys. Rev. E 81, 051304 (2010). 4. Vincent Richefeu, Gaël Combe, Pascal Villard, Jean-Yves Delenne, Lhassan Amarsid, et al. Rockable. 2025 ⟨hal-04933604⟩ 5. Cundall, P.A., Strack, O.D.L.: A discrete numerical model for granular assemblies. Géotechnique 29(1), 47–65 (1979)

Modélisation du flux de magma dans le conduit volcanique avec échange de masse, fragmentation et cristallisation

• Gladys Narbona-Reina (Université de Séville)

Room: Amphi Hennequin Dans ce travail, nous développons un modèle à deux phases, suspension/gaz pour l'écoulement magmatique dans un conduit volcanique qui décrit les processus physiques incluant fragmentation et cristallisation. Le modèle biphasé ainsi obtenu prend en compte une phase incompressible (la suspension) et une phase gazeuse compressible qui échangent de la masse. Il respecte également les lois de conservation de la masse et de la quantité de mouvement, ainsi qu'un bilan énergétique dissipatif, en s'appuyant sur des équations de température appropriées pour les deux phases, compatibles avec la théorie thermodynamique. Ce modèle aide à mieux comprendre la compétition entre les différents processus dans le conduit volcanique durant une éruption.

Modélisation des matériaux granulaires à particules déformables

• Saeid Nezamabadi (LMGC - CNRS Université de Montpellier)

Room: Amphi Hennequin De nombreux matériaux (produits alimentaires, poudres métalliques, suspensions colloïdales, argiles) sont constitués d'un agencement désordonné de grains mous. Contrairement aux grains durs, la forte déformabilité de ces grains mous sous de faibles pressions de confinement permet d'atteindre des compacités qui dépassent la limite de l'empilement aléatoire compact (random close packing). Leurs propriétés rhéologiques (compressibilité, résistance au cisaillement) et microstructurales dépendent ainsi à la fois des réarrangements des grains, mais aussi des changements de leur forme et de leur volume. Cette microstructure évolue selon les propriétés intrinsèques des grains (compressibilité, plasticité) et les forces d'interaction (frottement, adhésion) qui s'exercent entre eux. Pour modéliser la rhéologie et la microstructure de ces systèmes granulaires déformables, une approche numérique est utilisée, combinant la méthode des points matériels (MPM) pour calculer les déformations des grains et la méthode de la dynamique des contacts (CD) pour gérer les interactions entre les grains. Cette approche MPM-CD est appliquée pour étudier le comportement d'un assemblage de particules élastiques ou plastiques au-delà de l'état de blocage (jamming state). L'étude analyse ce comportement en fonction de plusieurs paramètres matériels, notamment le frottement entre les grains.

Dynamique d’étalement gravitaire des suspensions rhéoépaississantes

• Alexis BOUGOUIN (LMV)

Room: Amphi Hennequin Les suspensions rhéoépaississantes, comme la célèbre Maïzena® mélangée à de l’eau, présentent un comportement spectaculaire, à la frontière entre fluide et solide. Sous une contrainte faible, la suspension s’écoule comme un liquide, tandis que sous une contrainte plus élevée, sa viscosité augmente, souvent brutalement et jusqu’au blocage. Ce phénomène a récemment reçu une explication avec le modèle de transition frictionnelle, qui prédit, pour les suspensions concentrées, des lois rhéologiques réentrantes (en forme de S) - ingrédient clé à l’origine d’instabilités. Pourtant, le développement de ces instabilités et leurs conséquences restent encore peu connus dans de nombreuses configurations d’écoulement naturelles et industrielles. Dans ce contexte, nous avons étudié le cas emblématique de l’étalement par gravité sur une surface solide – configuration dite de rupture de barrage (dam-break). L’étude révèle un écoulement surprenant: les suspensions rhéoépaississantes s’étalent avec un front vertical et une surface horizontale, à une vitesse constante et indépendante du volume initial, de l’épaisseur ou de la pente. Ce comportement contraste fortement avec celui de la plupart des fluides Newtoniens et complexes étudiés jusqu’à présent, qui ralentissent à mesure qu’ils s’étalent, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives dans la modélisation des écoulement complexes naturels et industriels.

Discontinuous shear-thickening asymptotic for power-law compressible flows

• Maja Szlenk (Université Savoie Mont Blanc)

Room: Amphi Hennequin We study the convergence of a power-law model for dilatant compressible fluids to a class of models exhibiting a maximum admissible shear rate, called thick fluids, which are used for example to model solid particles suspended in a fluid with a high particle-to-fluid volume fraction, and the phenomenon of jamming. Mathematically, these types of materials are modelled by taking the limit of a power-law system, when the power-law exponent goes to infinity. We characterize this limit in two particular cases - for the Stokes system in multiple dimensions, and for the full Navier-Stokes system in one dimension.

A continuum nonlinear model for wave propagation and quasistatic flow in granular media

• Sebastiano Cominelli (LMA, IUSTI, Aix-Marseille Universityé)

Room: Amphi Hennequin Granular media support highly nonlinear wave propagation governed by contact interactions, evolving force chains, and compaction-dependent stiffness, making the construction of predictive continuum models particularly challenging. This work proposes a nonlinear continuum model for wave propagation in granular media, inspired by diffuse-interface formulations for hyperelastic solids and informed by Hertzian contact mechanics. The model adopts a hyperbolic framework that captures the dependence of wave speed on local compaction. By introducing an internal energy expressed in terms of deformation-tensor invariants, it additionally reproduces shear-induced dilation effects. Finite-volume simulations demonstrate the model’s ability to stabilize granular piles in the quasi-static regime and to recover realistic angles of repose. These results highlight the potential of the proposed approach as a continuum framework for large-scale simulation of granular assemblies.

Depth-averaged and local analysis of granular flows down smooth inclines

• Noé Rebourcier (IMFT)

Room: Amphi Hennequin Predictive modeling of large-scale geophysical mass movements, such as rock avalanches and pyroclastic currents, heavily relies on depth-averaged continuum equations. To account for basal dissipation, these models necessitate closures in the form of a basal friction coefficient, $\mu$, which encompasses the complex interplay of local multiphysics and multiphase dissipation mechanisms. In order to match runout distances and flow velocities, this coefficient is often empirically calibrated. To date, there is no consensus in the literature on a universal friction law that remains valid across a wide range of configurations, and standard granular rheologies (such as $\mu(I)$) show limits on steeper or smoother topographies where the flow significantly accelerates. Additionally, the values tuned in geophysical models are often much lower than those measured locally at the basal interface. To bridge the gap between local interfacial rheology and macroscopic models, we employ DEM simulations to investigate granular flows over a smooth incline in a geometrical configuration resembling a laboratory-scale experimental facility. Unlike typical numerical setups that rely on streamwise periodicity to enforce steady-uniform regimes, our configuration retains the full streamwise extent of the flow by incorporating an inlet silo discharge and an outlet chute. This complete resolution of the flow along the incline provides a robust basis for developing an inverse method approach: by formulating a complete set of depth-averaged integral conservation laws, we evaluate all macroscopic terms directly from our depth-integrated DEM measurements. Extracting the effective basal friction in this manner allows us to systematically test how different macroscopic assumptions dictate the required $\mu$ closure. Based on this analysis, we propose a new compressible depth-averaged framework. We show that this compressible formulation remains remarkably consistent with the friction obtained from local stress ratios at the bottom across a wide range of flow regimes, whereas standard incompressible frameworks yield anomalously low effective friction as the flow accelerates and dilates. This comparison questions the standard choice of depth-averaged models in highly inertial contexts and could help explain the persistent gap between the artificially low friction values tuned in large-scale geophysical models and actual local measurements. Applying this inverse framework across diverse configurations, we introduce a modified Froude number yielding a robust macroscopic $\mu(Fr)$ law. However, while well-defined for any given setup, this description unfolds into a family of distinct curves depending on the microscopic interparticle and bottom friction coefficients. Seeking a more universal scaling, we perform a DEM-based parametric study to unpack the underlying physics. By analyzing the basal sliding-to-rolling ratio ($S$) alongside the basal volume fraction ($\phi_b$), we reveal a global transition from dense, rolling-dominated states at low inertia to highly agitated, sliding-dominated regimes, highlighting that granular flows adapt to boundary constraints by adjusting their internal structure---specifically via local dilation and near-wall rotation---to minimize global dissipation.

Effect of particle fragmentation on granular column collapse

• Farhang Radjai

Room: Amphi Hennequin We emply particle dynamics simulations to investigate the impact of particle fragmentation on granular column collapse. Each particle is a polyhedron tessellated into polyhedral cells and particle fracture is based on Grifith criterion applied to the interfaces between the cells Depending on the value of fracture energy, the particles may undergo different levels of fragmentation. We show that the spationtemporal behavior of breakage events is complex. The value of the fracture energy affects the slip surface, intergranular contacts, and frictional behavior. Fragmentation induces fragment dispersion differentiating runout front and a saltating front whose spatial distribution depends on the breakage rate. Three-dimensional simulations indicate that the overall runout length is largely insensitive to fracture energy, provided it is sufficiently low to cause fragmentation, though fragment redistribution is markedly affected. Fragmentation affects the maximum normalized deposit height primarily dictated by the initial geometry. Particle breakage reshapes the deposit slope through size-dependent fragment redistribution, fostering intricate internal granular fabrics and surface topographies.