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Lors du 52ème Congrès du Groupe Français de Rhéologie (GFR), Guillaume Ovarlez (Directeur de recherche au CNRS, Laboratoire du Futur CNRS-Solvay, Pessac, France) a reçu le prix Maurice Couette et présenté ses travaux sur les inhomogénéités dans les écoulements de suspensions concentrées pour lesquels des rhéomètres de la gamme Kinexus ont été utilisés.

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Ovarlez_pour_le_webMonsieur Ovarlez a notamment expliqué que la rhéométrie classique fonctionnait très bien dès lors que les matériaux étudiés sont homogènes et que l’écoulement et lui aussi homogène. Cependant la structure des suspensions et leur écoulement peuvent s’influencer.

Ainsi, les suspensions de particules dans un fluide visqueux possèdent un écoulement linéaire sans pour autant présenter un comportement newtonien. En effet, le développement de contraintes normales entraîne la migration de particules des zones fortement cisaillées vers les zones où le cisaillement est plus faible. Les inhomogénéités de concentration ont alors été observées par IRM.

Pour les cas étudiés, la cinétique de migration observée est plus rapide que la théorie alors que l’amplitude de migration est moins marquée que les prévisions théoriques.

Un exemple simple de l’influence des conditions aux limites est l’effet Weissenberg qui entraîne une surface qui n’est pas plane et donc forcément des gradients de concentration dans les suspensions cisaillées. Mais lorsque les profils de fraction volumique sont observés par imagerie de rayons X, deux directions de migrations des particules sont mises en évidence : une migration radiale et une migration verticale suivant l’axe z dans les géométries de Couette à large entrefer.

Ces migrations entraînent des hétérogénéités de concentration. Ainsi, pour des suspensions qui possèdent une fraction volumique proche de la concentration de jamming, un comportement rhéoépaississant transitoire est observé. A l’échelle locale, dans l’entrefer d’une géométrie de Couette, on observe un rhéo-épaississement discontinu induit par la migration des particules sous l’effet du cisaillement des suspensions car une zone en écoulement et une zone fixe coexistent. Ce phénomène, appelé « shear jamming » est illustré par des suspensions d’amidon de maïs et n’est modélisable que par des modèles diphasiques.

La suite de ces travaux consiste à analyser l’homogénéïté des deux phases : la phase fluide et la phase statique.