AFM, Maison de la Mécanique, 39/41 rue Louis Blanc, 92400 Courbevoie, France(FR)
Abstract
Une suspension concentrée de particules présente des propriétés rhéologiques complexes, telles que rhéofluidification, différence de contraintes normales, …, même lorsque la rhéologie du fluide suspendant est simplement Newtonienne et que les interactions entre particules sont purement hydrodynamiques et de contact. Certaines de ces propriétés macroscopiques non triviales peuvent être expliquées par le comportement de la suspension à l’échelle locale, en particulier par sa microstructure à l’échelle des particules. Sous cisaillement stationnaire, une suspension Newtonienne développe une microstructure anisotrope, mise en évidence par la fonction de distribution de paires [Parsi & Gadala-Maria 87, Blanc et al 13], qui peut notamment expliquer l’apparition de différences de contraintes normales [Sierou & Brady 02]. Que se passe-t-il dans le cas où la rhéologie du fluide suspendant est complexe ? Nous étudions le cas de sphères dures non Browniennes en suspension dans un fluide à seuil. Ce matériau, qui présente un comportement élasto-visco-plastique, est ici une émulsion concentrée. Nous étudions le couplage entre comportement macroscopique et microstructure de cette suspension en associant rhéométrie classique dans un dispositif de cisaillement plan entre deux plateaux rotatifs d’espacement variable et imagerie 3D par microtomographie X. L’étude de la fonction de distribution de paires à 3D en cisaillement simple stationnaire montre une anisotropie de la microstructure de la suspension dans le plan vitesse-cisaillement, pour des écoulements rotationnel et d’écrasement. Le régime instationnaire est également étudié suite à diverses préparations (i.e., diverses histoires de cisaillement). Les propriétés élasto-plastiques (contrainte seuil de plasticité, allongement plastique maximal, module élastique de cisaillement) du matériau montrent alors de remarquables propriétés d’écrouissage (durcissement, modification de la ductilité) et de variations du module élastique de cisaillement, qui peuvent être reliées à sa microstructure. Il est ainsi possible de contrôler les propriétés élasto-plastiques initiales d’une suspension de particules dans un fluide à seuil via l’histoire des sollicitations
