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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. Les fluides complexes. Seuil d’écoulement. Suspensions colloïdales:. - PowerPoint PPT Presentation
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Soutenance de Thse de Doctorat, Universit Paris 7Abdoulaye FALLECOULEMENT et BLOCAGE de
SUSPENSIONS CONCENTREESSous la direction de Daniel BonnLPS-ENSCo-encadrant: Guillaume Ovarlez LMSGC
Les fluides complexes
Suspensions collodales: Suspensions non collodales de sphres dures: Origines physiques:Seuil: Contacts directs frictionnelsMise en place du seuil?Huang et al. (2005)Forces de rpulsion,
Forces dattraction,(Born, Osmotique)(Van der Waals..)Formation dun fort rseau dinteractionAncey et Coussot (1999)Apparition du seuil: transition visqueux/frictionnelSeuil dcoulement Lootens et al. (2002)
Suspensions collodales: Suspensions non collodales de sphres dures: Le Rhopaississement Wagner (2003)
Mcanismes:Transition ordre dsordre Percolation de clusters hydrodynamiquesForces hydrodynamiques ?Origine:Hoffman (1972)Brady; Morris; Bossis; Wagner, CatesSuspensions collodales: Suspensions non collodales de sphres dures: Le Rhopaississement
PLAN
Etude dune suspension de Mazna
Etude dune suspension modle: billes de Polystyrne
RhopaississementMise en place du Seuil
PLAN
Etude dune suspension de Mazna
Etude dune suspension modle: billes de Polystyrne
RhopaississementMise en place du Seuil
Quelques lments de rhologie Contrainte:
Taux de cisaillement:
Viscosit:
Contrainte Normale:
Plan-PlanProtocole - GomtrieSuspension 0.44 Comportement global de la maznaGrains de mazna
Mesures locales: IRMMoteur vitesse contrle : 0.01 100 tour/minProfils mesurs dans lentrefer au sein de lchantillon
Tranche de mesure: 4 cm hauteur, 1 cm largeur Rsolution radiale : 0.6 1.3 mm.Mesure des Profils de vitesse V(R) durant 2 s minimum.
Mesure des Profils de Concentration (R) (2 min 30 s: Moyennage de 32 128 configurations)(Couette, Ri = 4.2 cm, Entrefer = 1.8 cm)Avec Franois Bertrand
Profils de vitesse: localisationAvant le rhopaississement
Loi dcoulement locale Jamming
Jamming Profils de concentrationCylindre intrieurCylindre extrieurLoi dcoulement locale
Mcanisme ? LocalisationRle de la zone morte
Protocole - Gomtrie Rle du Rservoir
Protocole - Gomtrie Rle du RservoirAmortisseur + Retardateur
Protocole - Gomtrie Effet du confinementEntrefer variable
Protocole - Gomtrie Effet du confinement
Dilatance?
Entrefer = paramtre libreProtocole - Gomtrie Dilatation libre
Variation de lentreferProtocole - Gomtrie Dilatation libre
Protocole - Gomtrie Mcanisme
PLAN
Etude dune suspension de Mazna
Etude dune suspension Modle: billes de Polystyrne
RhopaississementMise en place du SeuilRhopaississement
Systme modle Micro billes de Polystyrne : Solution dIodure de Sodium : Suspension iso-densesParticules lisses hydrophobes (Ajout de quelques gouttes de tensioactif)
Suspensions = 0.6 W = Constante(150 secondes)Couette IRM Cylindre intrieurCylindre extrieurProtocole - Gomtrie Apport de lIRMBilles40 mmPas de Localisation Pas de Seuil
Suspensions = 0.6 W = Constante(150 secondes)Protocole - Gomtrie Apport de lIRMBilles40 mmCylindre intrieurCylindre extrieurCouette IRM Rhopaississement Localisation
Profils de Concentration: j (R)Suspensions = 0.6 W = Constante(150 secondes)Couette IRM Cylindre intrieurCylindre extrieurProtocole - Gomtrie Apport de lIRMBilles40 mm
Monte - descenteProtocole - GomtrieBlocage Gomtrie de Couette Migration - Rhopaississement
Migration - Rhopaississement Gomtrie de Couette: Lois locales
Migration - Rhopaississement Gomtrie de Couette: Lois locales
Migration - Rhopaississement Gomtrie de Couette: Lois locales
Migration - Rhopaississement Gomtrie de Couette: Lois locales
Migration - Rhopaississement Gomtrie de Couette: Lois locales
PLAN
Etude dune suspension de Mazna
Etude dune suspension modle: billes de Polystyrne
RhopaississementMise en place du SeuilMise en place du Seuil
Systme modle Micro billes de Polystyrne : Solution dIodure de Sodium : Effet du Contraste de densitParticules lisses hydrophobes (Ajout de quelques gouttes de tensioactif)
Gravit : source de confinementProtocole - GomtrieSuspensions = 0.6 = Constante(300 secondes)coulement permanent: Pas de seuilBilles40 mm
Gravit : source de confinementProtocole - GomtrieSuspensions = 0.6 = Constante(300 secondes)Billes40 mm
Gravit : source de confinementProtocole - GomtrieSuspensions = 0.6 = Constante(300 secondes)Billes40 mm
Contraste de densit :
Bifurcation de viscosit : Arrt de lcoulement Gravit : source de confinementProtocole - GomtrieSuspensions = 0.6 = Constante(300 secondes)Billes40 mm
Gravit : source de confinementProtocole - Gomtrie= Constante
Billes40 mm
Crmage Consolidation
Validation par IRMSuspensions = 0.6 Billes40 mmW = Constante(150 secondes) Profils de vitesse : localisation ? Couette IRM Dr = 0.15Dr = 0.00Pas de localisation Pas de SeuilLocalisation Seuil
Deux Mcanismes diffrents de blocageFaible cisaillement:Fort cisaillement Rhopaississement blocageMigration instantaneLocalisation Lubrification Friction (Macro)Critre: Consolidation ConclusionLocalisation:Critre: Dilatance
Remerciements Institut NavierPhilipe Coussot, Franois Bertrand, Stphane Rodts et Anal Lematre Laboratoire de Physique Statistique, Ecole Normale Suprieure (Paris)Jacques Meunier,Nicolas Huang, Peder Mller, Christophe Chevalier et Sbastien MoulinetMerci de votre attention!
Rservoir de Dilatance?
Protocole - Gomtrie
Nature de la transition
Blocage Monte - descenteProtocole - Gomtrie Migration - Rhopaississement Gomtrie plan-plan
Effet de la Concentration
Yield Stress and Shear bandingSeuil dcoulement
Rhopaississement: Suspensions modles
Effet du confinementProtocole - GomtrieSuspensions adaptes en densit = 0.6 Rle damortisseur+Retardateur
Rhopaississement: Suspensions modles
Effet du confinementProtocole - GomtrieSuspensions adaptes en densit = 0.6
Conditions exprimentalesSuspensions Fcule de mas : Solution de Chlorure de Csium :Pas de sdimentation ni de crmage pendant plusieurs heures.Rhomtrie Macroscopique : Bohlin C VOR 200 Locale : IRM Mesure des Profils de vitesse et de Concentration dans lentrefer pendant lcoulement Mesure de Viscosit et de Couple dans lchantillon pour diffrentes gomtries (Couette, Plan plan et Cne plan) Mesure de Contraintes NormalesSuspension de sphres dures Temprature ambiante
Mesures de Couple:
Mesures de Vitesse:
Mesures de Concentration: Migration - Rhopaississement Gomtrie de Couette
Validation par IRMProfils de Concentration : j (R) Profils de Concentration : j (z) T crmage >> T localisation, T seuilLocalisation nest pas induite pas une htrognit de concentrationConsolidation Crmage ContactsEquilibre
Lhypothse de la dilatance tant vrifie, cela implique, comme dans le cas des milieux granulaires secs, des contacts