Étude de la rhéologie de nanofluides soumis à de très forts taux de cisaillement à l'aide de microsystèmes fluidiques

Rheological properties of Nanofluids submitted to very strong shear rates and flowing through microchannels

• Auteur / Autrice : Julien Chevalier
• Direction : Frédéric Ayela
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides et énergétique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rhéologie

Résumé

L'objectif de cette thèse a été d'étudier, sous différentes conditions d'écoulement, la rhéologie et l'électrorhéologie de suspensions de nanoparticules (taille comprise entre 10 nm et 200 nm) appelées plus couramment nanofluides, afin de quantifier l'importance des principaux paramètres impliqués dans la valeur de leur viscosité. Une approche inédite, la rhéologie à très fort taux de cisaillement, a permis de distinguer pour les nanofluides le régime d'agrégation péricinétique dominé par le mouvement Brownien, du régime d'agrégation orthocinétique dominé par les interactions hydrodynamiques. La transition entre ces deux régimes a pu être atteinte grâce à la conception de microrhéomètres capillaires à capteurs de pression intégrés, dont la réalisation ont constitué une partie importante de ce travail. Les résultats de ces recherches mettent en évidence une corrélation entre l'augmentation du nombre de Peclet Pe quantifiant l'importance des interactions hydrodynamiques par rapport aux interactions Browniennes et la taille des agrégats au passage de la transition Pe=1. Des conclusions nettes ont été tirées sur la prépondérance du rôle des agrégats dans la rhéologie des nanofluides et sur l'influence des conditions d'écoulement sur leur forme.

This doctoral thesis is devoted to the study of the rheological and electrorheological properties of nanofluids with nanoparticles (size between 10 nm and 200 nm). Experiments are conducted with micromachined capillary viscometers equipped with local pressure probes. Microchannels are then useful tools to study nanofluids under severe rheological states because large shear stress values can be reached under a laminar flow regime. Results on the viscosity of nanofluids submitted to very strong shear in microchannels show that the increase in the nanofluid viscosity obeys a classical model but with a crowding factor which is a function of the diameter of the particles. This size dependence is explained by the influence of the shearing motion on the aggregates aspect ratio via the evolution of Peclet Number.