Friction inter-particulaire et Rheologie des Suspensions denses

Interparticle friction and Rheology of Dense suspensions

• Auteur / Autrice : Anh Vu Nguyen le
• Direction : Annie Colin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des Matériaux
• Date : Soutenance le 25/10/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie Biologie et Innovation - Chimie-Biologie-Innovation (UMR 8231)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Cloitre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Annie Colin, Michel Cloitre, Hugues Bodiguel, Frédéric Blanc, Laurence Gorre-Talini, Guillaume Ovarlez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hugues Bodiguel, Frédéric Blanc

Mots clés

Mots clés libres

Rhéologie

Suspensions concentrées

Forces frictionnelles

Caractérisation multi-échelle

Interactions interparticulaires

Inhomogénéité locales

Rheology

Concentrated suspensions

Frictional forces

Multi-Scale characterization

Interparticle interactions

Local inhomogeneities

Résumé

Les suspensions—un type de matériau qui comporte des particules solides dispersées dans un milieu liquide—sont omniprésentes dans notre vie quotidienne et dans l’industrie. Leur caractéristique-clé est la contrainte requise pour les mettre en écoulement à une vitesse désirée : cet attribut est le centre d’intérêt de la rhéologie. Récemment, il émerge que le frottement entre les particules se répercute sur la rhéologie des suspensions concentrées. Cette interaction microscopique peut être altérée en modifiant la surface des particules ou, notamment, en changeant le milieu liquide. Dans cette thèse, nous cherchons à démontrer et caractériser l’effet du frottement inter-particulaire sur des comportements rhéologiques des suspensions dans le régime dense. Nous trouvons que des suspensions de mêmes particules se comportent de façons différentes (newtonienne ou rhéofluidifiante) en dépendant des solvants utilisés. En outre, leur courbe d’écoulement peut être connectée à la mesure de coefficient de frottement en fonction de la force normale appliqué sur les particules. Notre travail expérimental aide ouvrir la voie aux études sur des effets de forces à l’échelle microscopique sur la rhéologie en bulk.

Suspensions - a type of material consisted of solid particles dispersed in a liquid medium— are omnipresent in our daily life and in industry. Their key characteristic is the shear stress required to make them flow at a desire shear rate: this attribute is the area of interest of Rheology. Recently, it emerged that the friction between the particles impact the rheology of concentrated suspensions. This microscopic interaction can be altered by modifying the particle surface or, especially, by changing the liquid medium. In this thesis, we are looking to evidence and characterize the effect of interparticle friction on the rheological behaviors of suspension in the dense regime. We found that suspensions of same particles behave differently (Newtonian or shear-thinning) depending on the solvents utilized. Furthermore, their flow curve can be connected to the measurement of friction coefficient as a function of the normal force applied on the particles. Our work help paving the way for studies on effects of forces at microscopic scale on the bulk rheology.