Breaking of non-Newtonian character in flows through a porous medium

International audienceFrom NMR measurements we show that the velocity field of a yield stress fluid flowing through a disordered well-connected porous medium is very close to that for a Newtonian fluid. In particular, it is shown that no arrested regions exist even at very low velocities, for which the solid regime is expected to be dominant. This suggests that these results obtained for strongly nonlinear fluid can be extrapolated to any nonlinear fluid. We deduce a generalized form of Darcy's law for such materials and provide insight into the physical origin of the coefficients involved in this expression, which are shown to be moments of the second invariant of the strain rate tensor

Écoulements de fluides à seuil en milieux confinés

Afin de mieux comprendre les spécificités de l'écoulement des fluides en seuil en géométries confinées, nous avons opté pour une approche multi-échelle expérimentale et/ou numérique dans des milieux poreux complexes et modèles. Nous montrons qu'il est possible d'utiliser la RMN pour visualiser des écoulements de fluides à seuil en géométrie complexe. Dans un milieu poreux, il est également possible de mesurer la distribution statistique des vitesses, ceci sans problème de résolution spatiale, grâce à la méthodologie de réglage d'une expérience d'injection sous IRM que nous avons mise en place. A l'aide de ces techniques, nous montrons que l'écoulement d'un fluide à seuil dans un pore modèle (une expansion-contraction axisymétrique) se localise dans la partie centrale du pore, dans le prolongement du tube d'entrée, tandis que les régions extérieures restent dans le régime solide. Des simulations numériques confirment ces résultats et montrent que la localisation de l'écoulement provient du confinement engendré par la géométrie. A l'inverse, nous montrons que pour un fluide à seuil s'écoulant dans un milieu poreux réel (en trois dimensions), il n'existe pas de zones au repos. De plus, la distribution de vitesse est identique à celle d'un fluide newtonien. Une analyse de ces résultats nous permet de prédire la forme de la loi de Darcy pour les fluides à seuil et de comprendre l'origine physique des paramètres déterminés par des expériences d'injection macroscopiquesTo better understand the specifics of the flow of yield stress fluids in confined geometries, we opted for a multi-scale experimental and / or numerical approach in complex and model porous media. We show the usefulness of NMR for the study of yield stress fluid's flows in complex geometry. In a porous medium, we can also measure the true probability density function of fluid velocities without spatial resolution problem thanks to a complete optimisation of the design process of a NMR-PGSE experiment. Using these measurement technics, we find that the flow of a yield stress fluid in a model pore (an axisymetric expansion-contraction) is localised in the central part of the pore, i.e. in the continuity of the entry duct, and the external region stay at rest in the solid regime. Numerical simulations confirm those results and point out that the flow localisation is due to the confinement caused by the geometry. On the contrary, no region at rest exists for a yield stress fluid flowing through a real porous media (in 3D). Furthermore, the velocity distribution is the same as a newtonian fluid. The analysis of the results makes it possible to deduce the form of the Darcy's law for yield stress fluids and provides an insight in the physical origin of the coefficients found by macroscopical injection experimentsPARIS-EST-Université (770839901) / SudocSudocFranceF

Écoulement lent d'un fluide à seuil dans une expansion-contraction : étude par IRM

Les écoulements de fluides non-newtoniens, et en particulier des fluides à seuil, dans des géométries confinées sont rencontrés dans de nombreux processus industriels: l'extrusion, l'injection de coulis de ciment pour renforcer les sols ou l'injection de boues de forages dans les roches. Une approche locale, à l'échelle du pore, peut donner une information cruciale sur les caractéristiques de l'écoulement, en particulier sur l’interaction entre les régions immobiles et celles en écoulement. La majorité des études numériques et expérimentales existantes sur les écoulements de fluides à seuil dans des pores modèles (de Souza Mendes (2007)) portent sur des écoulements à petits nombres de Bingham où les effets du seuil d'écoulement ne sont pas dominants. Ici, nous présentons une étude expérimentale par IRM de l'écoulement de fluides à seuil (émulsion concentrée) dans un pore modèle pour des nombres de Bingham élevés. A partir des mesures de champs de vitesses dans le pore modèle effectuées à différents débit, nous montrons que, dans la gamme de nombres de Bingham étudiée, le profil de vitesse adimensionnel dans le pore est indépendant du débit tout comme la position de l'interface solide-liquide. Dans cette gamme de nombres de Bingham, il existe une zone d'épaisseur significative dans laquelle le taux de cisaillement est presque uniforme. Par ailleurs, nous mesurons directement la distribution statistique moyenne des vitesses sur la géométrie. Cette technique est exempte de problèmes de résolution spatiale et peut donc être utilisée quelle que soit la taille des pores. Il y a un bon accord entre les distributions mesurées et celles déduites des cartes de vitesses dans le cas de pore large. L'interprétation de ces données fournit des informations additionnelles sur les processus d'écoulement dans les petits pores

La osmoregulación como factor potencial de la distribución diferencial de dos especies crípticas de góbido, Pomatoschistus microps y P. marmoratus, en las lagunas mediterráneas francesas

This study was aimed at the detection of potential differences in the osmoregulatory capacity of two cryptic species of gobies, Pomatoschistus microps (Krøyer, 1838) and P. marmoratus (Risso, 1810), that have different distributions in French Mediterranean lagoons characterised by different salinity regimes. Specimens of both species were experimentally exposed to different salinities, their salinity tolerance was evaluated and their blood osmolality was measured. Both species are strong osmoregulators over a wide range of salinities but P. microps showed higher performances of hyper-regulation at very low salinities (10 and 40 mosm/kg, i.e. freshwater 0.3 and 1.4) and of hypo-regulation at high salinities (1500 mosm/kg, 51). Only P. microps was able to tolerate freshwater exposure over 4 days. We conclude that the high osmoregulatory capacity found in P. microps is linked to its better survival at very low salinities and is a physiological requirement for living in areas such as the Mauguio lagoon where salinity is highly variable. In contrast, as osmoregulation of P. marmoratus is less efficient at extreme salinities, this species cannot colonise such environments and is restricted to habitats where salinity is more stable, such as the Thau lagoon.Este estudio tuvo por objeto la detección de diferencias potenciales en la capacidad osmorreguladora de dos especies crípticas de góbido, Pomatoschistus microps (Krøyer, 1838) y P. marmoratus (Risso, 1810), que presentan diferentes áreas de distribución en lagunas mediterráneas francesas caracterizadas por regímenes de salinidad distintos. Especímenes de ambas especies fueron expuestos experimentalmente a diferentes salinidades, evaluándose su tolerancia a la salinidad y midiéndose su osmolalidad sanguínea. Ambas especies tienen una amplia capacidad osmoreguladora en un amplio rango de salinidades. Sin embargo, en comparación con P. marmoratus, P. microps mostró mayores rendimientos hiper-regulatorios a salinidades muy bajas (10 y 40 mosm/kg, es decir agua dulce 0.3 y 1.4) e hipo-regulatorios a salinidades altas (1500 mosm/kg, 51). Sólo P. microps fue capaz de tolerar la exposición al agua dulce durante 4 días. Podemos concluir que la gran capacidad osmoreguladora encontrada en P. microps está ligada a su mayor supervivencia a salinidades muy bajas, siendo un requerimiento fisiológico para vivir en áreas tales como la laguna de Mauguio, donde la salinidad es muy variable. Por el contrario, puesto que la osmoregulación de P. marmoratus es menos eficiente en salinidades extremas, esta especie no puede colonizar tales ambientes y se ve restringida a hábitats donde la salinidad es más estable, como la laguna de Tha

LIN28B Underlies the Pathogenesis of a Subclass of Ewing Sarcoma

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Flow of yield stress fluids in confined geometries

Afin de mieux comprendre les spécificités de l'écoulement des fluides en seuil en géométries confinées, nous avons opté pour une approche multi-échelle expérimentale et/ou numérique dans des milieux poreux complexes et modèles. Nous montrons qu'il est possible d'utiliser la RMN pour visualiser des écoulements de fluides à seuil en géométrie complexe. Dans un milieu poreux, il est également possible de mesurer la distribution statistique des vitesses, ceci sans problème de résolution spatiale, grâce à la méthodologie de réglage d'une expérience d'injection sous IRM que nous avons mise en place. A l'aide de ces techniques, nous montrons que l'écoulement d'un fluide à seuil dans un pore modèle (une expansion-contraction axisymétrique) se localise dans la partie centrale du pore, dans le prolongement du tube d'entrée, tandis que les régions extérieures restent dans le régime solide. Des simulations numériques confirment ces résultats et montrent que la localisation de l'écoulement provient du confinement engendré par la géométrie. A l'inverse, nous montrons que pour un fluide à seuil s'écoulant dans un milieu poreux réel (en trois dimensions), il n'existe pas de zones au repos. De plus, la distribution de vitesse est identique à celle d'un fluide newtonien. Une analyse de ces résultats nous permet de prédire la forme de la loi de Darcy pour les fluides à seuil et de comprendre l'origine physique des paramètres déterminés par des expériences d'injection « macroscopiques »To better understand the specifics of the flow of yield stress fluids in confined geometries, we opted for a multi-scale experimental and / or numerical approach in complex and model porous media. We show the usefulness of NMR for the study of yield stress fluid's flows in complex geometry. In a porous medium, we can also measure the true probability density function of fluid velocities without spatial resolution problem thanks to a complete optimisation of the design process of a NMR-PGSE experiment. Using these measurement technics, we find that the flow of a yield stress fluid in a model pore (an axisymetric expansion-contraction) is localised in the central part of the pore, i.e. in the continuity of the entry duct, and the external region stay at rest in the solid regime. Numerical simulations confirm those results and point out that the flow localisation is due to the confinement caused by the geometry. On the contrary, no region at rest exists for a yield stress fluid flowing through a real porous media (in 3D). Furthermore, the velocity distribution is the same as a newtonian fluid. The analysis of the results makes it possible to deduce the form of the Darcy's law for yield stress fluids and provides an insight in the physical origin of the coefficients found by “macroscopical” injection experiment

Écoulements de fluides à seuil en milieux confinés

To better understand the specifics of the flow of yield stress fluids in confined geometries, we opted for a multi-scale experimental and / or numerical approach in complex and model porous media. We show the usefulness of NMR for the study of yield stress fluid's flows in complex geometry. In a porous medium, we can also measure the true probability density function of fluid velocities without spatial resolution problem thanks to a complete optimisation of the design process of a NMR-PGSE experiment. Using these measurement technics, we find that the flow of a yield stress fluid in a model pore (an axisymetric expansion-contraction) is localised in the central part of the pore, i.e. in the continuity of the entry duct, and the external region stay at rest in the solid regime. Numerical simulations confirm those results and point out that the flow localisation is due to the confinement caused by the geometry. On the contrary, no region at rest exists for a yield stress fluid flowing through a real porous media (in 3D). Furthermore, the velocity distribution is the same as a newtonian fluid. The analysis of the results makes it possible to deduce the form of the Darcy's law for yield stress fluids and provides an insight in the physical origin of the coefficients found by “macroscopical” injection experimentsAfin de mieux comprendre les spécificités de l'écoulement des fluides en seuil en géométries confinées, nous avons opté pour une approche multi-échelle expérimentale et/ou numérique dans des milieux poreux complexes et modèles. Nous montrons qu'il est possible d'utiliser la RMN pour visualiser des écoulements de fluides à seuil en géométrie complexe. Dans un milieu poreux, il est également possible de mesurer la distribution statistique des vitesses, ceci sans problème de résolution spatiale, grâce à la méthodologie de réglage d'une expérience d'injection sous IRM que nous avons mise en place. A l'aide de ces techniques, nous montrons que l'écoulement d'un fluide à seuil dans un pore modèle (une expansion-contraction axisymétrique) se localise dans la partie centrale du pore, dans le prolongement du tube d'entrée, tandis que les régions extérieures restent dans le régime solide. Des simulations numériques confirment ces résultats et montrent que la localisation de l'écoulement provient du confinement engendré par la géométrie. A l'inverse, nous montrons que pour un fluide à seuil s'écoulant dans un milieu poreux réel (en trois dimensions), il n'existe pas de zones au repos. De plus, la distribution de vitesse est identique à celle d'un fluide newtonien. Une analyse de ces résultats nous permet de prédire la forme de la loi de Darcy pour les fluides à seuil et de comprendre l'origine physique des paramètres déterminés par des expériences d'injection « macroscopiques

Moving line model and avalanche statistics of Bingham fluid flow in porous media

In this article, we propose a simple model to understand the critical behavior of path opening during flow of a yield stress fluid in porous media as numerically observed by Chevalier and Talon (2015). This model can be mapped to the problem of a contact line moving in an heterogeneous field. Close to the critical point, this line presents an avalanche dynamic where the front advances by a succession of waiting time and large burst events. These burst events are then related to the non-flowing (i.e. unyielded) areas. Remarkably, the statistics of these areas reproduce the same properties as in the direct numerical simulations. Furthermore, even if our exponents seem to be close to the mean field universal exponents, we report an unusual bump in the distribution which depends on the disorder. Finally, we identify a scaling invariance of the cluster spatial shape that is well fit, to first order, by a self-affine parabola