Soutenance de Thèse de Doctorat, Université Paris 7

1. ECOULEMENT et BLOCAGE de SUSPENSIONS CONCENTREES Soutenance de Thèse de Doctorat, Université Paris 7 Abdoulaye FALL Sous la direction de Daniel Bonn LPS-ENS Co-encadrant: Guillaume Ovarlez LMSGC

2. Les fluides complexes

3. Seuil d’écoulement Suspensions colloïdales: Origines physiques: Forces de répulsion, Forces d’attraction, (Born, Osmotique…) (Van der Waals..) Formation d’un fort réseau d’interaction Suspensions non colloïdales de sphères dures: Seuil: Contacts directs frictionnels Ancey et Coussot (1999) Lootens et al. (2002) Apparition du seuil: transition visqueux/frictionnel Huang et al. (2005) Mise en place du seuil?

4. Le Rhéoépaississement Suspensions colloïdales: Suspensions non colloïdales de sphères dures: Wagner (2003)

5. Le Rhéoépaississement Suspensions colloïdales: Suspensions non colloïdales de sphères dures: Mécanismes: Percolation de clusters hydrodynamiques Transition ordre – désordre Brady; Morris; Bossis; Wagner, Cates Hoffman (1972) Origine: Forces hydrodynamiques ?

6. PLAN Etude d’une suspension de Maïzéna Etude d’une suspension modèle: billes de Polystyrène Rhéoépaississement Mise en place du Seuil

7. PLAN Etude d’une suspension de Maïzéna Etude d’une suspension modèle: billes de Polystyrène Rhéoépaississement Mise en place du Seuil

8. x V Ft y Quelques éléments de rhéologie • Contrainte: • Taux de cisaillement: • Viscosité: • Contrainte Normale:

9. Comportement global de la maïzéna Protocole - Géométrie Grains de maïzéna Suspension à 0.44 Plan-Plan

10. Mesures locales: IRM Avec François Bertrand Moteur à vitesse contrôlée : 0.01 à 100 tour/min Profils mesurés dans l’entrefer au sein de l’échantillon Tranche de mesure: 4 cm hauteur, 1 cm largeur Résolution radiale : 0.6 – 1.3 mm. (Couette, Ri = 4.2 cm, Entrefer = 1.8 cm) Mesure desProfils de vitesseV(R)durant2 s minimum. Mesure desProfils de Concentration φ(R)(2 min 30 s: Moyennage de 32 à 128 configurations)

11. Cylindre extérieur Cylindre intérieur 2 2pHR Seuil d’écoulement c Profils de vitesse: localisation Avant le rhéoépaississement

12. Loi de Puissance tronquée Le Rhéoépaississement apparaît à la fin de la localisation Loi d’écoulement locale Jamming

13. Le Rhéoépaississement apparaît à la fin de la localisation Pas de Migration avant l’établissement du rhéoépaississement Loi d’écoulement locale Profils de concentration Jamming Cylindre extérieur Cylindre intérieur

14. Zone morte: au repos Mécanisme ? Rôle de la zone morte Localisation

15. Rôle du Réservoir Protocole - Géométrie

16. Surplus Rôle du Réservoir Protocole - Géométrie Amortisseur + Retardateur

17. Effet du confinement Protocole - Géométrie Entrefer variable

18. Surplus Effet du confinement Protocole - Géométrie

19. Poussée Contraintes Normales (N1) Dilatance?

20. Fn = 0 Dilatation libre Protocole - Géométrie Entrefer = paramètre libre

21. Fn = 0 Dilatation libre Protocole - Géométrie Variation de l’entrefer

22. 4.95 4.63 Réservoir de Dilatance Rhéoépaississement Dilatance de Reynolds Mécanisme Protocole - Géométrie

23. PLAN Etude d’une suspension de Maïzéna Etude d’une suspension Modèle: billes de Polystyrène Rhéoépaississement Rhéoépaississement Mise en place du Seuil

24. Système modèle • Micro – billes de Polystyrène : Suspension iso-denses • Solution d’Iodure de Sodium : Particules lisses hydrophobes (Ajout de quelques gouttes de tensioactif)

25. 3 Dr = 0.00 g/cm Apport de l’IRM Protocole - Géométrie Suspensions à φ= 0.6 Billes 40 mm W =Constante (150 secondes) Cylindre intérieur Cylindre extérieur Pas de Localisation  Pas de Seuil Couette – IRM

26. W Localisation 3 Dr = 0.00 g/cm Apport de l’IRM Protocole - Géométrie Suspensions à φ= 0.6 Billes 40 mm W =Constante (150 secondes) Cylindre intérieur Cylindre extérieur Rhéoépaississement  Localisation Couette – IRM

27. 3 Dr = 0.00 g/cm Migration Rhéoépaississement ? Apport de l’IRM Protocole - Géométrie • Profils de Concentration: j (R) Suspensions à φ= 0.6 Billes 40 mm W =Constante (150 secondes) Cylindre intérieur Cylindre extérieur Couette – IRM

28. Migration - Rhéoépaississement Protocole - Géométrie • Géométrie de Couette Montée - descente Blocage

29. Migration - Rhéoépaississement • Géométrie de Couette: Lois locales

30. Migration - Rhéoépaississement • Géométrie de Couette: Lois locales

31. Migration - Rhéoépaississement • Géométrie de Couette: Lois locales

32. Migration - Rhéoépaississement • Géométrie de Couette: Lois locales

33. Migration blocage local Migration - Rhéoépaississement • Géométrie de Couette: Lois locales

34. PLAN Etude d’une suspension de Maïzéna Etude d’une suspension modèle: billes de Polystyrène Rhéoépaississement Mise en place du Seuil Mise en place du Seuil

35. Système modèle • Micro – billes de Polystyrène : Effet du Contraste de densité • Solution d’Iodure de Sodium : Particules lisses hydrophobes (Ajout de quelques gouttes de tensioactif)

36. Gravité : source de confinement Protocole - Géométrie Suspensions à φ= 0.6 Billes 40 mm • = Constante (300 secondes) Écoulement permanent: Pas de seuil

37. Gravité : source de confinement Protocole - Géométrie Suspensions à φ= 0.6 Billes 40 mm • = Constante (300 secondes)

38. Gravité : source de confinement Protocole - Géométrie Suspensions à φ= 0.6 Billes 40 mm • = Constante (300 secondes)

39. Gravité : source de confinement Protocole - Géométrie Suspensions à φ= 0.6 Billes 40 mm • = Constante (300 secondes) • Contraste de densité : • Bifurcation de viscosité : Arrêt de l’écoulement

40. Suspensions à φ= 0.6 Dr = 0.25 g.cm 3 Gravité : source de confinement Protocole - Géométrie Billes 40 mm • = Constante

41. Contacts Crémage – Consolidation

42. Validation par IRM • Profils de vitesse : localisation ? Suspensions à φ= 0.6 Pas de localisation  Pas de Seuil Billes 40 mm Dr = 0.00 W =Constante (150 secondes) Localisation  Seuil Dr = 0.15 Couette – IRM

43. Conclusion Deux Mécanismes différents de blocage Fort cisaillement Rhéoépaississement blocage Migration instantanéeLocalisation Lubrification  Friction (Macro) Faible cisaillement: Localisation: Critère:Consolidation Critère:Dilatance

44. Remerciements • Institut Navier Philipe Coussot, François Bertrand, Stéphane Rodts et Anaël Lemaître • Laboratoire de Physique Statistique, Ecole Normale Supérieure (Paris) Jacques Meunier, Nicolas Huang, Peder Möller, Christophe Chevalier et Sébastien Moulinet Merci de votre attention!

45. Fond Réservoir Réservoir de Dilatance? Protocole - Géométrie

46. m = 0.61 Régime frictionnel Nature de la transition

47. Migration - Rhéoépaississement Protocole - Géométrie • Géométrie plan-plan Montée - descente Blocage

48. Effet de la Concentration

49. Yield Stress and Shear banding Seuil d’écoulement

50. Réservoir de Dilatance Rhéoépaississement: Suspensions modèles Protocole - Géométrie • Effet du confinement Suspensions adaptées en densité à φ= 0.6 Rôle d’amortisseur + Retardateur