Publication

Scale-free channeling patterns near the onset of erosion of sheared granular beds

Matthieu Wyart
2016
Article
Résumé

Erosion shapes our landscape and occurs when a sufficient shear stress is exerted by a fluid on a sedimented layer. What controls erosion at a microscopic level remains debated, especially near the threshold forcing where it stops. Here we study, experimentally, the collective dynamics of the moving particles, using a setup where the system spontaneously evolves toward the erosion onset. We find that the spatial organization of the erosion flux is heterogeneous in space and occurs along channels of local flux sigma whose distribution displays scaling near threshold and follows P(sigma)approximate to J/sigma, where J is the mean erosion flux. Channels are strongly correlated in the direction of forcing but not in the transverse direction. We show that these results quantitatively agree with a model where the dynamics is governed by the competition of disorder (which channels mobile particles) and particle interactions (which reduces channeling). These observations support that, for laminar flows, erosion is a dynamical phase transition that shares similarity with the plastic depinning transition occurring in dirty superconductors. The methodology we introduce here could be applied to probe these systems as well.

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Physique des particules
La physique des particules ou la physique subatomique est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On l'appelle aussi parfois physique des hautes énergies car de nombreuses particules élémentaires, instables, n'existent pas à l'état naturel et peuvent seulement être détectées lors de collisions à hautes énergies entre particules stables dans les accélérateurs de particules.
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Un canal calcique est un canal ionique (cationique plus précisément), formé de protéines et traversant la membrane des cellules. Il permet le passage de l'ion calcium de l'extérieur à l'intérieur de la cellule. La plupart des canaux dits « calciques » peuvent aussi laisser passer une moindre quantité d'autres cations, plus ou moins selon la structure du pore qui les ouvre, ou selon le potentiel (voltage) ; leur rapport de perméabilité PCa/PNa varie de 0,3 à 10 . (voir aussi l'article transporteur membranaire).
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