RHEOLOGIE EXTENSIONNELLE D'UNE SUSPENSION DE PARTICULES

EXTENSIONAL RHEOLOGY OF SUSPENSIONS OF PARTICLES

• Auteur / Autrice : Koceila Zidi
• Direction : Georges Gauthier
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Fluides, automatique et systèmes thermiques (Orsay, Essonne ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Granulaires et Suspensions
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Écoulement de particules

Rhéologie

Suspensions

Suspension

Particle laden flow

Rheology

Résumé

Les dispersions macroscopiques (particules solides, assez grosses pour négliger l'effet brownien, immergées dans un fluide, assez grosses pour négliger les effets inertiels) sont présentes dans de nombreux phénomènes naturels (tassement ou mélange de particules solides dans les estuaires), industriels (purification d'eau, vitrification de déchets nucléaires, forage, béton, structure armée, mélange, pâte protéique végétale...) ou sanitaires (analyses sanguines, bactéries). Les écoulements naturels et les processus industriels font souvent face à des suspensions denses et impliquent un mélange d'écoulements cisaillés et extensionnels. Cependant, dans les écoulements extensionnels, les éléments se séparent exponentiellement en temps mais linéairement pour les écoulements cisaillés. Ainsi, les déformations dues à la partie extensionnelle de l'écoulement prédominent dans un grand nombre de situations. Au cours de la dernière décennie, il a été démontré que la principale contribution au comportement de la suspension (migration induite par le cisaillement, différences de contraintes normales et la majeure partie de la viscosité) est due aux contacts solides entre particules. Mais, jusqu'à présent, les propriétés rhéologiques de la dispersion macroscopique ont été obtenues par rhéométrie cisaillée. Une étude expérimentale préliminaire réalisée au laboratoire FAST a révélé une viscosité de suspension vraiment inférieure à celle obtenue par mesure en cisaillement, ce qui suggère une loi de comportement différente. L'objectif de la thèse est de caractériser la rhéologie extensionelle d'une suspension puis de la relier à la structure de la dispersion (organisation spatiale de la particule) sur la contrainte de la suspension dans un flux extensionnel. Ceci se fera en mesurant précisément les contraintes dans chaque phase (fluide et solide) de la suspension et en corrélant ces mesures aux mesures optiques des positions des particules et du champ de déplacement obtenues par visualisation, rendues possibles par des techniques d'appariement des indices optiques.

Macroscopic suspensions with large enough solid particles immersed in a fluid to neglect Brownian effect are encountered in many natural phenomena and industrial processes, with either shearing or extensional flows. During the past decade, it has been shown that the main contribution to the suspension behaviour (Sheared induced migration, Normal stresses differences, and the main part of the viscosity) is due to the solid contacts between particles [1,2,3]. But, until now rheological properties of macroscopic dispersion have been obtained only from sheared rheometry. In extensional flows, particles separate exponentially with time instead of linearly for sheared flow. Thus, strains that are due to the extensional part of the flow prevail in a large number of situations. Preliminary experimental study performed at FAST lab, reported a suspension viscosity really lower than the one obtained from sheared measurement, suggesting a different behavior law. The goal of the PhD Thesis is to rely the structure of the dispersion (spatial organisation of the particle) to the stress of the suspension in an extensional flow. This will be done by measuring precisely the stress in each phase (fluid and solid) of the suspension and to correlate these measurements to optical measurements of the particle positions and displacement field obtained by visualization, made possible using index matching technics.