Protocole expérimental

Cette expérience nécessite d’assurer l’homogénéité spatiale de la vibration de quelques dizaines à quelques milliers (∼ 3 000) de disques. Pour assurer le bon déroulement des expériences, permettre de les reconduire et produire des résultats fiables, les réglages du dispositif doivent respecter un protocole expérimental aussi précis que possible.

Manipulation des disques.

Nous avons mis en place une solution pour déposer efficacement les quelques mil-liers de disques que nous manipulons sur le plateau vibrant (figure (2.4)). En effet, manipuler chaque particule à l’aide d’une pince à épiler comme nous le faisions dans un premier temps s’avère long et fastidieux. La technique que nous utilisons nous permet de déposer jusqu’à 200 disques à la fois. Les disques ont tendance à

(a) (b)

Figure 2.4 – Etapes dans la manipulation des disques. (a) : Disques secoués et retournés dans une boite de pétri. (b) : Disques debout prêts à être déposer sur le plateau

se retourner lorsqu’ils sont secoués, c’est cette propriété que nous exploitons. Nous déposons plusieurs dizaines de disques dans une boîte que nous retournons sur une plaque. Les disques se trouvent alors à l’envers. Nous les retournons ensuite sur une plaque conçue pour pouvoir être bloquée et ajustée sur le bord du plateau vibrant, avant de les pousser délicatement vers l’intérieur de l’arène.

Réglages.

Il est essentiel de s’assurer des bons réglages de l’expérience, car nous prévoyons de réaliser des expériences à différentes densités de particules ISO comme références pour étudier le comportement des particules SPP à ces mêmes densités. Il est alors nécessaire et essentiel que le comportement du liquide de particules ISO se rap-proche autant que possible d’un système à l’équilibre thermodynamique : la densité doit être la plus homogène possible. Après avoir soigneusement assuré l’horizonta-lité statique du plateau à l’aide d’un niveau à bulles et des trois vis de réglage, l’homogénéité des particules ISO sur le plateau en vibration est un indicateur fiable d’un bon réglage de départ pour l’expérience.

L’expérience est assez délicate à régler car c’est un ensemble de 10 vis qui permet d’ajuster l’homogénéité des disques sur le plateau.

• 3 vis (V_B) installées sur la base, et espacées de 1200 agissent directement sur l’horizontalité statique du plateau.

• 4 vis (V_C) permettent de comprimer les quatre ressorts modulant localement la vibration

• 3 vis (V_V) permettent de gérer la hauteur entre la vitre et le plateau

Les différents éléments du montage sont interdépendants, chaque vis ayant une influence décisive sur l’horizontalité de l’expérience ou sur le parallélisme de la vitre supérieure. On représente l’influence de chacune de ces vis par une “matrice de

2.1. DISPOSITIF DE DISQUES DURS VIBRÉS 41 couplage” dans laquelles les colonnes représentent respectivement l’action des vis

V_C, V_B, V_V, dans la base (V_C, V_B, V_V)    1 0 0 1 1 0 1 1 1   

Détaillons chacune des colonnes :

— La première colonne concerne l’action des vis sur les ressorts de compression. La fonction première des ressorts est de supporter le poids du plateau, mais selon leur compression, ils permettent également d’en moduler la vibration. Ainsi, les ressorts peuvent être un paramètre de réglage pour parvenir à un état homogène du plateau vibrant. Comme le définit la matrice ci-dessus, les ressorts sont couplés à l’ensemble des autres composants du système. Lorsqu’ils sont comprimés, les ressorts soulèvent les plaques métalliques, sou-levant ainsi le plateau. En modulant la hauteur du plateau, l’écart entre celui-ci et la vitre qui confine les disques change. Le réglage de la vitre est donc à redéfinir, ainsi que l’horizontalité, qui est nécessairement affectée par l’ajustement de la hauteur des plaques.

— La seconde colonne concerne le réglage de la base du montage. Si l’on mo-difie l’horizontalité, la hauteur entre la plateau vibrant et la vitre utile au confinement s’en trouve nécessairement modifiée.

— La dernière colonne concerne le réglage de la vitre qui doit permettre de confiner les disques sans qu’ils se retournent et sans les freiner. Il affecte peu le réglage des autres vis.

Le montage est complexe à plusieurs égards. D’une part, chaque composant a son propre rôle dans l’expérience, et il n’est pas simple de comprendre l’influence de chacun, indépendamment des autres. Une autre difficulté majeure, rencontrée lors de la prise en main de l’expérience, aura été le temps de réponse relativement long du système. En effet, l’observation d’un changement après avoir modifié la compression des ressorts peut parfois prendre plusieurs minutes. Ainsi, pensant être loin de l’équilibre recherché, il peut être tentant de modifier à nouveau les réglages alors même que le système n’a pas relaxé. On peut ainsi s’éloigner de l’équilibre en pensant s’en rapprocher. Le réglage devient par conséquent difficile à lire et à interpréter. Par ailleurs, l’équilibre expérimental est précaire car il est sensible à la mécanique du montage, il nous fallait donc vérifier les réglages à la mise en place de chaque nouvelle expérience.

Ces difficultés s’ajoutent aux contraintes induites par la manipulation des disques, sensibles à la moindre excitation. Nous l’avons vu précédemment, l’installation des

disques dans l’arène réclame beaucoup de minutie et une grande concentration. Nous sommes parvenus à réaliser de très belles séries d’expériences malgré ces diffi-cultés grâce au protocole que nous avons établi.

Protocole.

1. La première étape du réglage consiste à s’assurer de l’horizontalité statique du plateau. Même si l’horizontalité du plateau ne garantit pas à elle seule l’homogénéité de la vibration, partir à chaque fois d’une configuration ho-rizontale semble être un bon point de départ pour reproduire les réglages suivants.

2. Pour vérifier l’efficacité de ce premier réglage, nous disposons des disques ISO sur environ 40% de la surface du plateau. En effet, en dessous de ce pourcen-tage il est difficile d’observer l’homogénéité des particules et au-delà de ce pourcentage la concentration peut masquer certaines hétérogénéités. Toute-fois, si le réglage de l’expérience se fait à 40% en fraction surfacique, il n’est bien entendu pas exclu de réaliser ensuite des expériences à des fractions de valeurs inférieures.

3. L’étape suivante concerne le positionnement de la vitre, de façon à laisser la distance minimale pour que les disques ne se retournent pas. A ce stade, l’objectif est de minimiser le couplage entre le réglage de la vitre et des autres éléments.

4. On règle ensuite les ressorts pour moduler la vibration locale du plateau. Il est souvent nécessaire de vérifier l’horizontalité statique au cours du réglage. 5. Une fois qu’un état homogène a été trouvé, le réglage de la hauteur de la vitre

peut être fait. La hauteur de la vitre est adaptée à la densité de disques sur le plateau. La vitre est placée plus basse dans les phases les plus denses car le nombre de disques et le risque de chevauchements sont plus importants. Lors de cette étape il est important de maintenir l’état homogène trouvé quand la vitre était relevée, malgré les frottements entre les disques et la vitre. L’équilibre trouvé à l’issue de cette dernière étape pourra être utilisé pour les expériences sur les deux types de particules ISO et SPP.

Pour conclure cette première partie, certaines modifications ont été apportées à l’expérience initiale, sans en changer le principe : transmettre une vibration verti-cale à des grains athermiques, contrôler leur homogénéité et leur confinement. Le nouveau protocole mis en place permet d’exploiter au mieux le montage. Pour étu-dier de plus grandes densités de particules, nous avons réfléchi à une nouvelle arène de confinement, permettant de comprimer les disques déjà disposés sur le plateau. Cette nouvelle arène n’a pas encore été testée mais nous pensons qu’elle pourrait faciliter la manipulation à de plus grandes densités.