Rhéologie des suspensions de bulles dans un fluide à seuil

Abstract

Le comportement d'une suspension modèle de bulles dispersées dans un fluide à seuil a été étudié expérimentalement et théoriquement dans le régime des faibles vitesses de déformation. Dans cette situation le fluide porteur se comporte comme un matériau élastoplastique parfait. Dans le régime élastique, il a été observé que le module de cisaillement élastique global d'une suspension de bulles monodisperse dépend de la déformabilité des bulles : à fraction volumique en bulles donnée, le module élastique de la suspension est d'autant plus grand que les bulles sont peu déformables. La déformabilité des bulles peut être quantifiée par un nombre capillaire défini comme le rapport du module élastique du fluide porteur sur la pression capillaire régnant dans les bulles. Dans le régime plastique, il a été observé que la contrainte d'écoulement de la suspension est égale à la contrainte d'écoulement du fluide porteur quelque soit la taille des bulles. Ce résultat surprenant montre que la contribution des bulles aux caractéristiques de la suspension dans le régime plastique ne peut être évaluée par le nombre capillaire défini pour le régime élastique. Parralèlement une approche par changement d'échelle du comportement des suspensions de bulles dans une matrice à comportement linéaire ou non linéaire a été mise en œuvre. Ces travaux ont permis en particulier de proposer des estimations des caractéristiques globales de la suspension en fonction des propriétés de la matrice (élasticité et seuil de mise en écoulement), de la taille des bulles et de la tension de surface régnant dans l'interface air-fluide porteur. Les prédictions du modèle permettent d'une part de prédire de manière satisfaisante les résultats expérimentaux et d'autre part de comprendre pourquoi l'ajout de bulles n'a pas pratiquement pas d'effet sur le seuil de mise en écoulement de la suspension