Étude expérimentale hydrodynamique des suspensions non-newtoniennes de particules dures sphériques en solution de carboxylmethylcellulose dans une conduite horizontale

En industrie agro-alimentaire de nouveaux produits constitués de fluides sont souvent chargés en particules solides qui modifient complètement l'hydrodynamique du fluide porteur. C’est pour mettre en évidence ces interactions, que nous avons conduit des travaux de recherches sur l’hydrodynamique des suspensions pour bien appréhender les problèmes liés à l’influence de la phase dispersée des écoulements chargés en particules sphériques dures. Dans ce papier nous présentons les résultats de ces travaux. Cette étude expérimentale a permis de vérifier si les modèles rhéologiques établis pour les suspensions de sphères dures de structure microscopique peuvent s’appliquer à des suspensions de « grosses » sphères dures de structure macroscopique de diamètre d = 4,4 mm et d’expliquer les problèmes liés au mécanisme de transport des écoulements chargés en particule d’aspect d/D = 0,13 dans une conduite horizontale de diamètre D = 30 mm. Ces résultats ont permis de mettre en évidence l’influence de la phase des particules solides en suspension dans une solution de Carboxyméthylcellulose (C.M.C.), fluide au comportement non newtonien. Ils ont validé l’hypothèse du milieu effectif pour l’étude la perte de charge des suspensions de grosses particules à l’aide du facteur de correction de Quemada.Mots-clés : suspension, solide-liquide, rhéologie, sphère, hydrodynamique, non -newtonien

Noise in laser speckle correlation and imaging techniques

We study the noise of the intensity variance and of the intensity correlation and structure functions measured in light scattering from a random medium in the case when these quantities are obtained by averaging over a finite number N of pixels of a digital camera. We show that the noise scales as 1/N in all cases and that it is sensitive to correlations of signals corresponding to adjacent pixels as well as to the effective time averaging (due to the finite sampling time) and spatial averaging (due to the finite pixel size). Our results provide a guide to estimation of noise level in such applications as the multi-speckle dynamic light scattering, time-resolved correlation spectroscopy, speckle visibility spectroscopy, laser speckle imaging etc.Comment: submitted 14 May 201

Caractérisation de l'évolution microstructurale d'un polymère semi-cristallin avec la déformation à l'aide d'une technique de diffusion de lumière polarisée

Le LEMTA a développé une technique originale dont le principe repose sur l'analyse de l'image d'intensité rétrodiffusée par un échantillon lorsqu'il est illuminé par un fin pinceau laser polarisé. Pour un polyéthylène haute-densité sollicité en traction, cette technique permet de réaliser la caractérisation in situ des objets microstructuraux (nature, morphologie et concentration) dont l'apparition lors de la déformation entraîne le blanchiment du matériau. La mesure est obtenue dans la zone de striction, où une mesure de la déformation vraie est réalisée

Comportement de suspensions granulaires soumises à des vibrations : mesures rhéologiques et caractérisation par diffusion de la lumière

Quantifier l’impact des vibrations sur les propriétés rhéologiques des suspensions granulaires trouve son intérêt dans de nombreuses applications, que ce soit environnementales ou industrielles. Par exemple, comprendre l’influence des secousses sismiques sur la liquéfaction des sols ou encore quantifier les vibrations à appliquer au béton pour une mise en place efficace restent des problèmes ouverts. Afin de mieux comprendre ces phénomènes, nous avons quantifié l’impact de vibrations contrôlées sur la rhéologie d’un milieu granulaire modèle constitué de billes de verre (~ 100μm) et saturé en liquide (fraction volumique de l’ordre de 60%). Le dispositif employé se compose d’un rhéomètre à contrainte imposée (AR 2000, TA Instruments) couplé à une cellule vibrante imposant des vibrations sinusoïdales à amplitude et fréquence fixées (P. Marchal, et al., J. Rheol. 53, 1 (2009)). L’influence des paramètres expérimentaux tels que la taille de billes, la viscosité du fluide interstitiel ou encore l’amplitude et la fréquence des vibrations sur la viscosité ont été étudiés en détails. Nous avons en particulier mis en évidence la présence d’un régime à faible cisaillement entièrement contrôlé par les vibrations. L’effet de cette sollicitation est de faire disparaître la contrainte seuil du matériau et de faire apparaître un plateau de viscosité (Hanotin et al., Phys. Rev. Lett. 108, 198301 (2012)). Cette viscosité de plateau chute de façon surprenante lorsqu’on augmente la viscosité du fluide interstitiel. Une approche dimensionnelle montre que la viscosité de la suspension est contrôlée par la compétition entre les forces de lubrification et la pression granulaire. Des expériences de diffusion de la lumière utilisant une caméra CCD et basées sur l’analyse des fluctuations d’intensité des figures de speckle ont été menées en parallèle sur ces suspensions granulaires vibrées en l’absence de cisaillement. Cette technique permet de sonder la dynamique des particules aux temps longs. Il apparaît que le temps caractéristique de relaxation obtenu est relié à la viscosité au plateau de la suspension granulaire vibrée, ce qui permet d’établir un lien entre les propriétés rhéologiques et les propriétés de diffusion à l’échelle du grain

Characterization of dynamical emulsification process in concentrated conditions

International audienceEmulsification at constant shear rate in concentrated conditions (50% in volume fraction) is investigated experimentally by measuring simultaneously the droplet size and the global shear stress using a specially designed rheo-optical "Steady Light Transport" apparatus. The capillary number is varied by changing the continuous phase viscosity, corresponding to disperse to continuous phase viscosity ratios between 0.02 and 2. We show that when the capillary number is large enough (>0.35), emulsification occurs. At constant shear rate, this time-dependant process can be separated into four steps: (1) flow start-up, (2) premix formation, (3) a progressive reduction in droplet size, associated with an increase in shear stress, (4) changes in droplet size and shear stress stop at a well-defined emulsification time. Step (3), called dynamical emulsification, is fully controlled by the critical capillary number and the mechanism of drop size reduction stops when viscous dissipation dominates the droplet elongation and break-up mechanism. This approach accurately describes both the variation in shear stress with droplet size during Stage (3) and the final state of the emulsion in terms of droplet size and viscosity

Plastic behavior of some yield stress fluids: from creep to long-time yield

International audienceThe yielding of several reversible yield stress fluids is studied during scissometric-like creep experiments. The temporal evolution of the apparent deformation is recorded for applied stresses close and below the usual yield stress. Similarly to solids, three main creep regimes are observed. First, a primary creep regime displaying a temporal power law evolution of the deformation rate occurs, followed by a temporal minimum, which leads to an apparent flow of the material. This local minimum, defined as the "transition time," and the subsequent fluidization can be observed at long times. The evolution of this time as a function of the applied stress appears to follow a universal law reminiscent of fracture behavior in hard solids

Correction of instrumental inertia effects in controlled stress rheometry

An analysis of inertia effects in controlled stress rheometry is presented. For Newtonian fluids, this study takes exact account of both the instrumental inertia and the discontinuous stress change in this type of rheometer. In fact, supposedly smooth stress ramps are always approximated by a series of stress steps. The significance of this limitation, which is sometimes critical, is pointed out for the first time. The error induced by assuming that the stress ramps are smooth in Krieger's method for inertia correction [1], is quantitatively evaluated. An improved calculation for non-Newtonian, inelastic fluids is described