Suspensions concentrées : expériences originales de rhéologie

• Auteur / Autrice : Francois Boyer
• Direction : Olivier Pouliquen, Elisabeth Guazzelli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Physique des Fluides
• Date : Soutenance le 12/12/2011
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille ; 2000-....)
• Jury : Président / Présidente : Élisabeth Lemaire
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Pouliquen, Elisabeth Guazzelli, John Hinch, Guillaume Ovarlez, Alain Pocheau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : John Hinch, Guillaume Ovarlez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Milieux granulaires

Viscosité

Rhéologie

Mots clés libres

Rhéologie

Suspensions

Écoulements granulaires

Coefficient de friction

Transition de blocage

Différences de contraintes normales

Migration de particules

Rheology

Suspensions

Granular flows

Friction coeffient

Jamming transition

Normal stress differences

Particle migration

Résumé

En 1970, George K. Batchelor suggérait que la connaissance des lois de l'hydrodynamique rendait possible la dérivation de propriétés rhéologiques macroscopiques telle la viscosité, à partir de la connaissance de la microstructure d'une suspension de particules. Quarante ans plus tard, ses espoirs ne se sont pas concrétisés et la rhéologie des suspensions,notamment en régime concentré, reste un domaine de recherche très actif.Considérant des suspensions modèles de particules non colloïdales dans un liquide newtonien, le travail expérimental réalisé au cours de cette thèse s'est d'abord attaché à unifier les concepts classiquement définies en rhéologie des suspensions et ceux issus des récentes avancées sur les écoulements granulaires. Dans ce but, un dispositif original de cisaillement à pression imposée a été développé et a permis une caractérisation claire des équations constitutives en régime très dense.Par la suite, des configurations d'écoulements à surface libre ont été utilisées pour la mesure des deux différences de contraintes normales.Enfin, la mise en cohérence de l'ensemble des résultats expérimentaux donne une formulation complète et cohérente de la rhéologie des suspensions non colloïdales.

In 1970, George K. Batchelor suggested that the knowledge of the laws of hydrodynamics made ​​possible the derivation of macroscopic rheological properties such as the effective viscosity, from the knowledge of the microstructure of a suspension of particles. Forty years later, his hopes have not materialized and the rheology of suspensions, particularly in the concentrated regime, remains an area of ​​active research. Considering suspensions of non-colloidal particles in a Newtonian liquid, the experimental work in this thesis was first attached to unify the concepts traditionally defined rheology of suspensions and those from recent advances on granular flows. For this purpose, an original of shear imposed pressure was developed and showed a clear characterization of constitutive equations in the dense regime. Subsequently, the configurations of free surface flows have been used for the measurement of both normal stress differences. Finally, the coherence of all the experimental results gives a complete and consistent formulation of the rheology of non-colloidal suspensions.