Thèse soutenue

Rhéologie et migration de particules déformables dans les suspensions denses
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Auteur / Autrice : Mehdi Maleki
Direction : Hugues BodiguelMarc LeonettiClément de Loubens
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des fluides Energétique, Procédés
Date : Soutenance le 30/03/2021
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire rhéologie et procédés (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Laurent Orgéas
Examinateurs / Examinatrices : Annie Colin, Frédéric Blanc
Rapporteurs / Rapporteuses : Guillaume Ovarlez, Annie Colin

Résumé

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Les particules déformables migrent dans une suspension cisaillée. Une source de ce phénomène serait les interactions collectives entre particules ce qui signifie rhéologiquement l'émergence de contraintes normales générées par le contact direct entre les particules. Dans cette thèse, la contrainte normale des particules a été étudiée expérimentalement comme une origine de migration de particules déformables. Des gouttes et des microcapsules non browniennes ont été utilisées comme système modèle de particules déformables. Un procédé d'émulsification membranaire a été adapté pour produire des suspensions uniformes de microcapsules à haut débit. Puis un système microfluidique automatique a été développé pour mesurer l'élasticité de leur coque. Dans les suspensions de microcapsules, il a été trouvé que les viscosités hydrodynamiques et de contact présentent un comportement de rhéofluidification. Pour des fractions volumiques élevées, la viscosité de contact, qui provient de contraintes normales, est le principal contributeur à la viscosité apparente. La migration et la contrainte normale des particules non-isodenses ont été déduites en mesurant le profil de concentration vertical dans des expériences de resuspension visqueuse dans une cellule de Couette verticale. La contrainte normale varie linéairement avec le nombre de Shields et sa dépendance avec la fraction volumique est en accord avec les modèles proposés dans la littérature pour des particules solides. L’ensemble de ces résultats suggère que la migration de particules déformables en suspension dense sous cisaillement s’explique par les mêmes lois rhéologiques que pour des particules rigides, indépendamment de leur déformabilité (pour Ca < 0.2). De plus, dans le cas des capsules, ces lois rhéologiques sont gouvernées par les contacts solides entre les particules.