| Résumé : |
La rhéologie des suspensions est un domaine qui a connu une petite révolution il y a une dizaine d'années. La mise en évidence de contacts solides entre les particules a permis d'ouvrir la voie à de nombreux travaux mêlant notamment rhéologie et tribologie. La présence de rhéofluidification dans les suspensions non-browniennes concentrées est un phénomène qui est souvent observé. L'origine de ce phénomène peut être double, soit il provient de la friction entre les particules qui varie avec la contrainte, soit il provient de la présence d'adhésion. A ce jour, aucune étude n'a permis de mettre en évidence l'impact de l'élasticité des particules sur la rhéofluidification de ces systèmes. Dans ce contexte, je propose dans cette thèse une étude expérimentale de l'impact de la rigidité et de la forme des particules sur la rhéofluidification de suspensions non-browniennes frictionnelles, adhésives ou non-adhésives. Je montre ainsi que le comportement des suspensions de particules molles en absence d'adhésion est comparable à celui des suspensions de sphères rigides frictionnelles dans la limite où la déformation des particules ne contribue pas à l'écoulement. Pour des suspensions de particules cubiques non-adhésives, fabriquées en microlithographie, je montre que la rhéologie est très différente de celle de suspensions de sphères, notamment avec l'apparition à basse fraction volumique d'une forte contribution des contacts. De plus, les fractions volumiques de blocage sont très inférieures à celles de suspensions de sphères rigides. Dans un second temps j'étudie l'impact du module d'élasticité sur la viscosité de suspensions adhésives de particules sphériques de PDMS, fabriquées grâce à un dispositif microfluidique. En comparant le comportement rhéofluidifiant de deux suspensions de particules de modules de Young différents (1,8 et 15 MPa), je montre que, conformément au modèle JKR, la contrainte caractéristique d'adhésion est indépendante du module d'élasticité des particules, tandis que le comportement rhéofluidifiant est d'autant plus marqué que les particules sont molles. Je montre que, aussi bien dans le régime adhésif (i.e. pour des contraintes inférieures à la contrainte caractéristique d'adhésion) que dans le régime frictionnel (pour des contraintes très supérieures à la contrainte d'adhésion), la rhéologie peut être prédite à partir des propriétés de contact des particules. Enfin, pour chacun des systèmes précédents, j'effectue des protocoles d'inversion de cisaillement afin de dissocier la contribution des forces de contact de la contribution des forces hydrodynamiques. En outre, ces expériences mettent en évidence pour la première fois la relaxation des forces de contact au moment de l'inversion du sens de l'écoulement qui avait été prédite par des simulations numériques antérieures. |
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Rôle des contacts adhésifs et frottants dans la rhéologie des suspensions non-browniennes in RHEOLOGIE, Vol. 42 (12/2022)
