Séminaire de Mécanique d'Orsay

Le Jeudi 19 juin à 14h00 - Salle de conférences du FAST

Microstructure et rhéologie des suspensions concentrées de sphères dures

Frédéric Blanc
Laboratoire de Physique de la Matière Condensée, CNRS (UMR 7336) - Université de Nice (UNSA)

Les suspensions concentrées (i.e. la dispersion de grains solides dans une matrice fluide) présentent des propriétés rhéologiques vastes et complexes. On peut penser que cette complexité provient des nombreux paramètres physiques qui sont susceptibles d’intervenir (taille et forme des particules, propriétés du liquide, ...). Cependant, même les suspensions modèles les plus simples constituées de sphères rigides non-browniennes dans un liquide newtonien en écoulement lent présentent des comportements physiques très riches. Cette richesse trouve en partie son origine dans le couplage qui existe entre l'écoulement et la distribution spatiale des particules solides (i.e. la microstructure), elle même liée à l'état de surface de ces particules. Dans une première partie, nous découvrirons comment des mesures de microstructures et des expériences d’inversion de sens de cisaillement peuvent mettre en évidence le rôle important des contacts entre particules sur le comportement mécanique des suspensions. Dans la seconde partie, nous nous intéresserons à une expérience très simple de sédimentation d’une bille dense millimétrique dans une suspension isodense de sphères beaucoup plus petites. L’originalité de l’expérience réside dans la possibilité d’appliquer un cisaillement horizontal oscillant pendant la chute de la bille. De manière assez surprenante, alors que la rhéologie de la suspension est quasiment indépendante de la fréquence et de l’amplitude des oscillations, la vitesse de chute de la bille en dépend fortement, cette vitesse pouvant être significativement augmentée par le cisaillement croisé. Par exemple, pour une suspension de fraction volumique de solide égale à 47%, la vitesse de sédimentation peut être augmentée d’un facteur 4 par rapport à la vitesse de chute dans la suspension non cisaillée. Nous verrons comment ce résultat peut être interprété comme la compétition entre la microstructure induite par la bille qui sédimente et le cisaillement croisé qui a tendance à détruire cette microstructure.