Séminaire de Mécanique d'Orsay
Le Jeudi 6 avril 2023 à 14h00 - Salle des séminaires FAST-LPTMS (Bât. 530, salle C.120, 1er)
Rhéologie des suspensions concentrées soumises à des cisaillements croisés
Frédéric Blanc
Institut de Physique de Nice
Il est désormais admis que les forces de contact jouent un rôle clé dans la rhéologie des suspensions denses. Les contacts frictionnels augmentent fortement la viscosité [1]. Une caractéristique frappante des suspensions frictionnelles est le comportement transitoire de la viscosité qui se produit lorsque le sens du cisaillement est inversé. Dans de telles expériences, la viscosité diminue après l’inversion du cisaillement jusqu’à un minimum où les contacts disparaissent et augmente à nouveau jusqu’à la valeur stationnaire à mesure que les contacts frictionnels se reconstruisent [2, 3]. Cet écoulement transitoire est lié à l’asymétrie de la microstructure anisotrope induite par le cisaillement des suspensions non Browniennes. Jusqu’à présent, l’effet de cette anisotropie sur la viscosité n’a été caractérisé qu’en inversant la direction du cisaillement bien que les particules s’organisent en une microstructure 3D [4]. Pour sonder cette microstructure dans toutes les directions, il est donc nécessaire de cisailler la suspension non seulement en inversant la direction de l’écoulement mais dans toutes les directions perpendiculaires à la direction du gradient de vitesse. Je vous présenterai le dispositif de ”rhéométrie croisée” que nous avons développé pour mesurer les effets de cette microstructure 3D sur la viscosité ainsi que des mesures réalisées sur des suspensions concentrées de sphères dures de fraction volumiques 0.45 et 0.57. Les résultats confirment le caractère générique de la chute de viscosité observée lors du régime transitoire en inversion de cisaillement. Mais ils mettent également en lumière l’existence d’une contrainte de cisaillement orthogonale à la direction du cisaillement. Cette contrainte orthogonale, qui s’annule en régime permanent, prend transitoirement des valeurs comparables à la contrainte de cisaillement parallèle. Cette ”viscosité orthogonale” offre une riche dépendance avec l’angle de changement de direction du cisaillement et dépend subtilement de la fraction volumique en particule. Je montrerai comment nous avons mis ces résultats en perspectives à l’aide de simulations numériques et d’un modèle de comportement [5]. [1] Gallier, S., Lemaire, E., Peters, F., and Lobry, L. (2014) Rheology of sheared suspensions of rough frictional particles. Journal of Fluid Mechanics, 757, 514–549. [2] Lin, N. Y., Guy, B. M., Hermes, M., Ness, C., Sun, J., Poon, W. C., and Cohen, I. (2015) Hydrodynamic and contact contributions to continuous shear thickening in colloidal suspensions. Physical review letters, 115(22), 228304. [3] Peters, F., Ghigliotti, G., Gallier, S., Blanc, F., Lemaire, E., and Lobry, L. (2016) Rheology of non-Brownian suspensions of rough frictional particles under shear reversal: A numerical study. Journal of rheology, 60(4), 715–732. [4] Deboeuf, S., Lenoir, N., Hautemayou, D., Bornert, M., Blanc, F., and Ovarlez, G. (2018) Imaging non-Brownian particle suspensions with X-ray tomography: Application to the microstructure of Newtonian and viscoplastic suspensions. Journal of Rheology, 62(2), 643–663. [5] Blanc, F., Peters, F., Gillissen, J. J., Cates, M. E., Bosio, S., Benarroche, C., and Mari, R. (2022) Fragile dense suspensions under shear rotation. arXiv preprint arXiv:2212.02165,.
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