Modélisation et simulation du couplage thermo-acoustique dans les fluides complexes

Modellling and simulation of acoustic-thermomechanical coupling of complex fluids

• Auteur / Autrice : Louis Bouthier
• Direction : Elie Hachem, Rudy Valette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques numériques, Calcul intensif et Données
• Date : Soutenance le 01/12/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de mise en forme des matériaux (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Cloitre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elie Hachem, Rudy Valette, Alessio Zaccone, Xavier Chateau, Romain Castellani, Arnaud Poulesquen, Sébastien Manneville
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alessio Zaccone, Xavier Chateau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microagrégats

Dispersion colloïdale

Rhéologie

Mots clés libres

Rhéologie

Suspension colloïdale

Agrégats fractales

Colloidal suspension

Rheology

Fractal clusters

Résumé

Les suspensions colloidales, le couplage entre l’environnement, la structure microscopique et la rhéologie sont étudiées dans ce manuscrit. Ce travail utilisera majoritairement un point de vue théorique mais fera intervenir aussi des approches expérimentales et numériques. Caractérisées par des agrégats de particules formés grâce à un potentiel d’interaction attractif, ces suspensions peuvent être soumises à une sollicitation externe sous forme d’ultrasons, de cisaillement ou tout autre forme mécanique. Les agrégats répondent à cette sollicitation en adaptant leur microstructure, notamment en taille.Par ailleurs, cette même microstructure est la brique élémentaire transmettant les efforts de part et d’autre d’un gel colloidal, ce qui peut se traduire par des lois d’échelles entre la microstructure et la rhéologie macroscopique.Par conséquent, on observe un couplage fort entre l’échelle macroscopique, composée de l’environnement extérieur et laréponse rhéologique, et l’échelle microscopique, avec la structure microscopique s’adaptant et influençant l’échelle précé-dente. C’est ainsi qu’il est possible de construire un outil d’application industriel incorporant cette description physiqueafin de prédire les effets d’une sollicitation externe sur un matériau la vérifiant.

Colloidal suspensions, the coupling between environment, microscopic structure and rheology are studied in this manuscript. This work will mainly use a theoretical point of view but will also involve experimental and numerical ap-proaches. Characterized by aggregates of particles formed thanks to to an attractive interaction potential, these suspen-sions can be subjected to an external solicitation in the form of ultrasound, shear or any other mechanical form. The aggregates respond to this solicitation by adapting their microstructure, especially in size.Moreover, this same microstructure is the elementary brick transmitting the efforts on both sides of a colloidal gel, which can be recovered by laws of scale between the microstructure and the macroscopic rheology.Therefore, we observe a strong coupling between the macroscopic scale, composed of the external environment and the rheological response, and the microscopic scale, with the microscopic structure adapting and influencing the previousscale. It is thus possible to build an industrial application tool incorporating this physical description in order to predict the effects of an external stress on a material verifying it.