Ecoulement et consolidation de suspensions de fibres flexibles

Flow and drying of dense suspensions of soft fibres

• Auteur / Autrice : Catalin Vlad
• Direction : Camille Duprat
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Ingénierie, mécanique et énergétique
• Date : Inscription en doctorat le 06/11/2023
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LADHYX - Laboratoire d'hydrodynamique
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : LADHYX

Mots clés

Mots clés libres

Microfluidique

Capillarité

Fibres

Microfluidics

Capillarity

Fibers

Résumé

Le projet vise à caractériser et à modéliser le comportement et les propriétés spécifiques des textiles non tissés humides (en particulier les matériaux fibreux d'origine végétale tels que le papier) et de leurs procédés de fabrication. L'objectif de ce doctorat est de développer et de caractériser expérimentalement des suspensions de fibres modèles, en utilisant un processus d'étalement par voie humide (comme dans la fabrication du papier). Dans ce procédé, une suspension de fibres est étalée en une fine couche, et l'eau est éliminée par drainage et séchage pour former le réseau de fibres (consolidation). Ce processus implique donc l'écoulement de suspensions denses de fibres flexibles, qui présentent des comportements d'écoulement intrigants en raison de leur tendance à former des réseaux enchevêtrés, ainsi que des effets élasto-capillaires, car la solidité de la feuille fibreuse dépend du contact entre les fibres qui s'établit pendant l'évaporation du liquide grâce aux forces capillaires. Au cours de cette thèse, nous commencerons par fabriquer des suspensions de fibres souples aux propriétés réglables à l'aide d'outils de microfluidiques présents dans le laboratoire. Ces suspensions seront introduites dans un écoulement et séchées afin de former des couches de fibres. Nous analyserons ensuite la réponse des réseaux obtenus, en particulier leur résistance après la consolidation. En particulier, nous étudierons l'influence des conditions d'écoulement et de séchage sur les propriétés du réseau (par exemple l'enchevêtrement des fibres, la microstructure).

The project aims at characterizing and modelling the specific behaviour and properties of wet non-woven textiles (in particular plant-based fibrous materials such as paper) and of their manufacturing processes. The objective of this PhD is to develop and characterize model fibrous sheets experimentally, using a wet-laid process (as in papermaking). In this process, a suspension of fibres is spread into a thin layer, and the water is removed through drainage and drying to form the fibre network (consolidation). This process thus involve the flow of dense suspensions of flexible fibres, which exhibit intriguing flow behaviors due to their tendency to form entangled networks, as well as elasto-capillary effects, as the strength of the fibrous sheet depends upon the contact between fibres that are established during the liquid evaporation thanks to capillary forces. During this thesis, we will start by fabricating suspensions of soft fibres with tunable properties using in-house microfluidic tools. These suspensions will be flown and dried in order to form fibrous sheets. We will then analyse the response of the obtained networks, in particular their strength upon consolidation. In particular, we will study the influence of the flow and drying conditions on the network properties (e.g. fiber entanglements, microstructure).