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Rhéologie et microstructure des suspensions concentrées

François Peters, LPMC (Nice)

par Salmon Jean-Baptiste - publié le , mis à jour le

Les suspensions concentrées de particules non browniennes présentent des caractéristiques rhéologiques particulières comme l’apparition de contraintes normales anisotropes ou la migration des particules induite par le cisaillement, et ceci même pour des suspensions modèles très simples (particules sphériques, fluide suspendant newtonien). Ces propriétés sont liées au développement d’une microstructure dynamique anisotrope au sein de la suspension cisaillée, elle-même indissociable de l’existence d’interactions non hydrodynamiques entre les particules.
Je présenterai tout d’abord une expérience qui nous a permis de mesurer directement cette microstructure via la fonction de distribution de paires (PDF) des particules dans des suspensions de fraction volumique allant de 5% à 50%, grâce à une adaptation fine de l’indice du fluide à celui des particules. Je montrerai que les contacts directs entre particules, rendus possibles par la rugosité de leur surface, sont à l’origine de cette microstructure.
J’expliquerai ensuite comment l’influence de cette microstructure sur la viscosité de la suspension peut être mise en évidence au travers d’expériences de rhéologie transitoire après inversion du cisaillement. Nous avons récemment revisité ces expériences, qui datent des années 1980, grâce à une technique de rhéologie locale par P.I.V. et nous avons clairement identifié le minimum de viscosité qui suit l’inversion comme un état où la microstructure a été détruite.
Enfin, je montrerai comment il est possible de mesurer sur un dispositif unique les deux différences de contraintes normales dans une suspension cisaillée en géométrie plan-plan, ainsi que la pression de pore. L’interprétation de cette dernière mesure est encore le sujet de débats, avec un intérêt amplifié par le lien qui pourrait exister entre la migration induite par le cisaillement et ces contraintes dites particulaires.