Soutenance de Thse de Doctorat, Universit Paris 7Abdoulaye FALLECOULEMENT et BLOCAGE de

SUSPENSIONS CONCENTREESSous la direction de Daniel BonnLPS-ENSCo-encadrant: Guillaume Ovarlez LMSGC

Les fluides complexes

Suspensions collodales: Suspensions non collodales de sphres dures: Origines physiques:Seuil: Contacts directs frictionnelsMise en place du seuil?Huang et al. (2005)Forces de rpulsion,

Forces dattraction,(Born, Osmotique)(Van der Waals..)Formation dun fort rseau dinteractionAncey et Coussot (1999)Apparition du seuil: transition visqueux/frictionnelSeuil dcoulement Lootens et al. (2002)

Suspensions collodales: Suspensions non collodales de sphres dures: Le Rhopaississement Wagner (2003)

Mcanismes:Transition ordre dsordre Percolation de clusters hydrodynamiquesForces hydrodynamiques ?Origine:Hoffman (1972)Brady; Morris; Bossis; Wagner, CatesSuspensions collodales: Suspensions non collodales de sphres dures: Le Rhopaississement

PLAN

Etude dune suspension de Mazna

Etude dune suspension modle: billes de Polystyrne

RhopaississementMise en place du Seuil

PLAN

Etude dune suspension de Mazna

Etude dune suspension modle: billes de Polystyrne

RhopaississementMise en place du Seuil

Quelques lments de rhologie Contrainte:

Taux de cisaillement:

Viscosit:

Contrainte Normale:

Plan-PlanProtocole - GomtrieSuspension 0.44 Comportement global de la maznaGrains de mazna

Mesures locales: IRMMoteur vitesse contrle : 0.01 100 tour/minProfils mesurs dans lentrefer au sein de lchantillon

Tranche de mesure: 4 cm hauteur, 1 cm largeur Rsolution radiale : 0.6 1.3 mm.Mesure des Profils de vitesse V(R) durant 2 s minimum.

Mesure des Profils de Concentration (R) (2 min 30 s: Moyennage de 32 128 configurations)(Couette, Ri = 4.2 cm, Entrefer = 1.8 cm)Avec Franois Bertrand

Profils de vitesse: localisationAvant le rhopaississement

Loi dcoulement locale Jamming

Jamming Profils de concentrationCylindre intrieurCylindre extrieurLoi dcoulement locale

Mcanisme ? LocalisationRle de la zone morte

Protocole - Gomtrie Rle du Rservoir

Protocole - Gomtrie Rle du RservoirAmortisseur + Retardateur

Protocole - Gomtrie Effet du confinementEntrefer variable

Protocole - Gomtrie Effet du confinement

Dilatance?

Entrefer = paramtre libreProtocole - Gomtrie Dilatation libre

Variation de lentreferProtocole - Gomtrie Dilatation libre

Protocole - Gomtrie Mcanisme

PLAN

Etude dune suspension de Mazna

Etude dune suspension Modle: billes de Polystyrne

RhopaississementMise en place du SeuilRhopaississement

Systme modle Micro billes de Polystyrne : Solution dIodure de Sodium : Suspension iso-densesParticules lisses hydrophobes (Ajout de quelques gouttes de tensioactif)

Suspensions = 0.6 W = Constante(150 secondes)Couette IRM Cylindre intrieurCylindre extrieurProtocole - Gomtrie Apport de lIRMBilles40 mmPas de Localisation Pas de Seuil

Suspensions = 0.6 W = Constante(150 secondes)Protocole - Gomtrie Apport de lIRMBilles40 mmCylindre intrieurCylindre extrieurCouette IRM Rhopaississement Localisation

Profils de Concentration: j (R)Suspensions = 0.6 W = Constante(150 secondes)Couette IRM Cylindre intrieurCylindre extrieurProtocole - Gomtrie Apport de lIRMBilles40 mm

Monte - descenteProtocole - GomtrieBlocage Gomtrie de Couette Migration - Rhopaississement

Migration - Rhopaississement Gomtrie de Couette: Lois locales

Migration - Rhopaississement Gomtrie de Couette: Lois locales

Migration - Rhopaississement Gomtrie de Couette: Lois locales

Migration - Rhopaississement Gomtrie de Couette: Lois locales

Migration - Rhopaississement Gomtrie de Couette: Lois locales

PLAN

Etude dune suspension de Mazna

Etude dune suspension modle: billes de Polystyrne

RhopaississementMise en place du SeuilMise en place du Seuil

Systme modle Micro billes de Polystyrne : Solution dIodure de Sodium : Effet du Contraste de densitParticules lisses hydrophobes (Ajout de quelques gouttes de tensioactif)

Gravit : source de confinementProtocole - GomtrieSuspensions = 0.6 = Constante(300 secondes)coulement permanent: Pas de seuilBilles40 mm

Gravit : source de confinementProtocole - GomtrieSuspensions = 0.6 = Constante(300 secondes)Billes40 mm

Gravit : source de confinementProtocole - GomtrieSuspensions = 0.6 = Constante(300 secondes)Billes40 mm

Contraste de densit :

Bifurcation de viscosit : Arrt de lcoulement Gravit : source de confinementProtocole - GomtrieSuspensions = 0.6 = Constante(300 secondes)Billes40 mm

Gravit : source de confinementProtocole - Gomtrie= Constante

Billes40 mm

Crmage Consolidation

Validation par IRMSuspensions = 0.6 Billes40 mmW = Constante(150 secondes) Profils de vitesse : localisation ? Couette IRM Dr = 0.15Dr = 0.00Pas de localisation Pas de SeuilLocalisation Seuil

Deux Mcanismes diffrents de blocageFaible cisaillement:Fort cisaillement Rhopaississement blocageMigration instantaneLocalisation Lubrification Friction (Macro)Critre: Consolidation ConclusionLocalisation:Critre: Dilatance

Remerciements Institut NavierPhilipe Coussot, Franois Bertrand, Stphane Rodts et Anal Lematre Laboratoire de Physique Statistique, Ecole Normale Suprieure (Paris)Jacques Meunier,Nicolas Huang, Peder Mller, Christophe Chevalier et Sbastien MoulinetMerci de votre attention!

Rservoir de Dilatance?

Protocole - Gomtrie

Nature de la transition

Blocage Monte - descenteProtocole - Gomtrie Migration - Rhopaississement Gomtrie plan-plan

Effet de la Concentration

Yield Stress and Shear bandingSeuil dcoulement

Rhopaississement: Suspensions modles

Effet du confinementProtocole - GomtrieSuspensions adaptes en densit = 0.6 Rle damortisseur+Retardateur

Rhopaississement: Suspensions modles

Effet du confinementProtocole - GomtrieSuspensions adaptes en densit = 0.6

Conditions exprimentalesSuspensions Fcule de mas : Solution de Chlorure de Csium :Pas de sdimentation ni de crmage pendant plusieurs heures.Rhomtrie Macroscopique : Bohlin C VOR 200 Locale : IRM Mesure des Profils de vitesse et de Concentration dans lentrefer pendant lcoulement Mesure de Viscosit et de Couple dans lchantillon pour diffrentes gomtries (Couette, Plan plan et Cne plan) Mesure de Contraintes NormalesSuspension de sphres dures Temprature ambiante

Mesures de Couple:

Mesures de Vitesse:

Mesures de Concentration: Migration - Rhopaississement Gomtrie de Couette

Validation par IRMProfils de Concentration : j (R) Profils de Concentration : j (z) T crmage >> T localisation, T seuilLocalisation nest pas induite pas une htrognit de concentrationConsolidation Crmage ContactsEquilibre

Lhypothse de la dilatance tant vrifie, cela implique, comme dans le cas des milieux granulaires secs, des contacts