Recherche Avancée

Thèse soutenue

Mesures locales de contraintes, de vitesses et de conformations moléculaires dans des solutions de polymères

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Auteur / Autrice : Nicolas François
Direction : Hamid Kellay, Yacine Amarouchene
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences physiques et de l'ingénieur. Lasers et matière dense
Date : Soutenance en 2008
Etablissement(s) : Bordeaux 1

Résumé

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L'ajout de faible quantité de polymères dans une solution peut modifier considérablement ses propriétés d'écoulement. Si les polymères flexibles réduisent la dissipation d'un écoulement turbulent en conduite, ils peuvent, tout aussi bien, augmenter la résistance à l'écoulement dans un milieu poreux. On se propose ici d'étudier l'influence de polymères flexibles sur un écoulement de Stokes autour d'un obstacle cylindrique. En écoulement stationnaire, une solution de polymères non rhéofluidifiante peut exercer sur un cylindre une traînée plus forte qu'une solution newtonienne de même viscosité. Ce phénomène est lié à une transition ''pelote/chaîne étirée'' sur les conformations des polymères. Ce dépliement moléculaire initié au point de stagnation amont, modifie l'écoulement dans une bande confinée au voisinage du cylindre, où apparaissent un taux de cisaillement accrû directement corrélé à l'augmentation de traînée, de fortes élongations moléculaires et de grandes fluctuations de vitesses. La présence de frontières courbes semble l'acteur majeur qui rend l'écoulement plus dissipatif. Cette observation trouve un écho étonnant en écoulement turbulant. En effet l'ajout d'une structure rugueuse en quinconce (un motif ''riche'' en points de stagnation) à la paroi d'une conduite, permet d'annihiler l'aptitude des polymères à réduire la dissipation. Enfin, un écoulement sur-critique instationnaire peut induire un ralentissement prononcé dans la relaxation des contraintes viscoe��lastiques. Ce comportement tient à l'existence d'une ''force d'histoire élastique'' s'ajoutant à la sur-traînée non-newtonienne. L'origine physique de cette force réside vraisemblablement dans la relaxation ''ralentie'' de cette couche de polymères étirés autour de l'obstacle. A l'échelle microscopique des dynamiques complexes de repliements moléculaires ont été observées. Synonymes de ralentissement de la dynamique, elles révèlent l'importance de la mémoire des chaînes de polymères soumises à des déformations instationnaires.