Rhéologie des pâtes granulaires

Rheology of granular pastes

• Auteur / Autrice : Nicolas Huang
• Direction : Daniel Bonn
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des liquides
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés libres

Rhéologie

Bifurcation de viscosité

Migration

Localisation

Pâte granulaire

Nombre de Leighton

Rhéoépaississement

Suspension

Résumé

Les pâtes granulaires passent d'un écoulement localisé vers un écoulement non-localisé lors de l’augmentation du taux de cisaillement. Le nombre de Leighton, rapport entre les forces lubrifiée et frictionnelle, caractérise cette transition et définit un taux de cisaillement critique en-dessous duquel aucun écoulement stationnaire sans localisation ne peut exister. Par ailleurs, à l’aide d’expériences en IRM et en rhéologie classique, nous définissons une viscosité pour les pâtes granulaires. Il faut pour cela tenir compte du profil de concentration des particules, profil engendré par la migration des particules vers les zones faiblement cisaillées lors de l'écoulement. La viscosité est donnée par une loi constitutive qui fait intervenir les équations de la courbe d'écoulement et de Krieger-Dougherty. Enfin, des suspensions rhéoépaississantes de fécule de maïs présentent également une transition d'un régime localisé vers un régime non-localisé autour d'un seuil de rhéoépaississement.

We study the rheology of a non-Brownian granular paste. The usual picture for granular pastes is that there is a transition from frictional to lubricated _ows with increasing shear rate. We show that, in fact, there is a transition from a localized _ow to a _ow without localization. The pertinent parameter characterizing this transition is the Leighton number Le = _s ˙ _ , the ratio of lubrication to frictional forces. Le de_nes a critical shear rate below which no steady _ow without localization exists. Moreover, using both MRI investigation techniques and classical rheology studies, we de_ne a viscosity for granular pastes. To do such, migration of particles towards weakly sheared regions must be taken into account. This migration leads to a particle concentration pro_le. The viscosity is given by the constitutive law, with two equations intervening : the _ow curve equation _ = _(_) ˙ , and the Krieger-Dougherty equation _(_) = _s _ 1 − _ _m _−2,5 _m. Finally, we study shear-thickening corn starch suspensions, which also present a transition from a localized to a non-localized regime around a critical shear-thickening threshold.