Superposition d’écoulements orthogonaux dans des fluides complexes : mise en place de l’expérience, application aux suspensions et aux fluides à seuil

Superimposition of orthogonal flows in complex fluids : set-up of the experiment, application to suspensions and yield stress fluids.

• Auteur / Autrice : Quentin Barral
• Direction : Xavier Chateau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des Matériaux
• Date : Soutenance le 02/12/2011
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Navier (Paris-Est) - Navier - Navier
• Jury : Président / Présidente : Sébastien Manneville
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Chateau, Anke Lindner, Guillaume Ovarlez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yoël Forterre, Christophe Lanos

Mots clés

Mots clés contrôlés

Suspensions (chimie)

Rhéologie

Mécanique des fluides

Écoulement polyphasique

Mots clés libres

Rhéométrie

Superposition

Écoulements orthogonaux

Fluides visqueux

Fluides à seuil

Suspensions

Rheometry

Superposition

Orthogonal flows

Viscous fluids

Yield stress fluids

Suspensions

Résumé

La relation scalaire entre contrainte et déformation obtenue par le cisaillement simple dans les rhéomètres classiques n'est pas assez riche pour décrire les écoulements complexes. Pour obtenir plus d'information, nous superposons deux écoulements orthogonaux en utilisant la géométrie plan-plan. Le fluide, sous forme cylindrique, peut alors être cisaillé par la rotation mais aussi écrasé par le rapprochement (ou étiré par l'éloignement) des disques. Nous détaillons les calculs théoriques permettant de déterminer les liens entre contraintes et taux de cisaillement et les efforts et vitesses macroscopiques associés. Ensuite, nous décrivons précisément le dispositif expérimental mis en place pour imposer toutes sortes d'écoulements combinant des cisaillements stationnaires ou oscillants, en rotation ou en écrasement. Puis nous présentons les résultats de la comparaison entre l'écoulement de rotation et l'écoulement d'écrasement. Nous présentons enfin les expériences de superposition des deux écoulements. Nous créons des écoulements complexes et divers afin, entre autres, de mesurer et comprendre la loi d'écoulement 3D et le critère d'écoulement 3D des fluides à seuil

The scalar relation between stress and strain obtained by simple shear within classical rheometers is not rich enough to describe complex flows. To obtain more information, we shall superimpose two orthogonal flows and for that, we shall use the parallel-plate geometry. The volume of fluid has a cylindrical shape and can be sheared by the rotation of a plate or squeezed by the move closer (or stretched by the move away) of the plates. We detail theoretical considerations that allow us to determine the link between stresses and shear rates and associated macroscopic efforts and velocities. Then we precisely describe the experimental setup developed to impose all kind of flows : steady or oscillating flows, rotation or squeeze. After that, we present the results of comparison between rotational and squeeze flow. Finally, we present the experiments with both superimposed flows. We create complex flows to measure and understand, among others, 3D behavior and 3D flow criteria of yield stress fluids