Suspensions colloïdales concentrées sous écoulement (L importance des contacts)

Abstract

Nous avons étudié dans notre thèse la microstructure d'une suspension colloïdale concentrée lors de son écoulement. En effet, si la rhéologie des suspensions diluées est bien comprise, le comportement des suspensions concentrées est beaucoup plus difficile à décrire. On sait qu'à faibles vitesses de déformation, si la suspension est suffisamment monodisperse, la suspension est rhéofluidifiante. À plus forts taux de cisaillement, la suspension est rhéoépaississante. L'une des hypothèses permettant de comprendre ce comportement est la formation de clusters hydrodynamiques, au sein desquels les particules sont maintenues par les forces de lubrification, dont les contacts entre les particules gouvernent le passage vers un état rhéoépaississant. Dans une première partie, nous avons étudié par simulation numérique (DPD) les contacts entre particules et l'organisation spatiale des contraintes entre particules au contact. Une deuxième partie, expérimentale, est consacrée à la localisation, par microscopie de fluorescence, des contacts entre particules voisines. Les simulations numériques nous ont montré que le champ de contrainte interparticulaire était en effet fortement anisotrope, mais, contrairement à ce que laissent penser les hypothèses de clusters hydrodynamiques ou les chaînes des forces, cette anisotropie a son axe préférentiel dans un plan parallèle à la direction de l'écoulement. Les mesures expérimentales nous ont seulement permis d'imager les particules les plus proches au contact, en l'absence d'écoulement. Nous avons montré que le FRET permettait d'observer les contacts entre particules colloïdales de taille micronique.We have studied the microstructure of concentrated colloidal suspension under flow. Although the rheology of dilute suspensions is well understood, the behavior of concentrated suspensions is much more difficult to describe. In monodisperse solutions, the rheological behavior of the suspension is shear-thinning. At stronger shear rates, the suspension shear thickens. One of the hypotheses allowing understanding this behavior is the formation of hydrodynamic c1usters, inside which partic1es are maintained by the lubrification forces. We sought to test this hypothesis by following the stress between partic1es with two tools: 1- Numerical simulation by Dissipative Partic1e Dynamics (DPD) 2- Experimental measures of fluorescence transfer between neighbouring partic1es in the suspension. The simulation shows that, although partic1e to not exhibit layering along the flow, the interparticular stress pattern is strongly anisotropie. The propagation of stress no longer occurs in the compression quadrant of the deformation, but in a plane paralle1 to the flow direction. In this regime, of small interpartic1es distances, the hydrodynamic stress between adjacent partic1es dominates the rheological response. Experimental measurements show that the FRET allows us to observe the contacts between colloidal micro-partic1es. However, we could not use this technique to visualize a network of contacts in a suspension under flow for several reasons: - The maximum distance observable by FRET is too low and only a small fraction of colloids in contact is actually observed. - Acquisition time of an image is much too long for it to be taken under flow.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF