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Rhéologie de suspension de bulles

Romain Morini

à 11h en salle C. Brot

Je présenterai les travaux réalisés au laboratoire Navier avec Laurent Tocquer, Olivier Pitois, Guillaume Ovarlez et Xavier Chateau dans le cadre de mon Postdoc. Nous avons réalisé deux dispositifs originaux pour étudier la rhéologie de suspensions de bulles. Le premier dispositif permet la génération de suspensions monodisperses de bulles (diamètre 700 µm) dans un fluide newtonien très visqueux (viscosité dynamique 100 Pa.s) (Figure 1). La viscosité de ces suspensions a été mesurée dans les régimes dilués et faiblement concentrés (fractions volumiques en bulles comprises entre 2% et 15%) dans une géométrie Couette. La viscosité des suspensions dépend de la viscosité du fluide suspendant, de la fraction volumique en bulles et d’un nombre sans dimension (nombre capillaire) caractérisant la déformation des bulles par rapport à celle du fluide suspendant. Les résultats expérimentaux obtenus se comparent très bien aux prédictions du modèle de Frankel et Acrivos [1] dans la gamme des fractions volumiques étudiée.

Le deuxième dispositif permet la génération de suspensions de bulles confinées (Figure 2). Nous avons utilisé une géométrie plan/plan afin de contrôler le confinement des bulles. Ce dernier est assuré par le fait que le gap est toujours plus petit que le diamètre des bulles. Le confinement imposé a une répercussion importante sur la rhéologie du fait de l’apparition de forces de frictions visqueuses entre les bulles et les parois de la géométrie. Nous proposons une modélisation sommaire de la rhéologie en tenant compte de ces forces. Enfin, nous présenterons des résultats obtenus en petites déformations oscillantes pour caractériser l’influence de la fréquence sur la rhéologie. Des mesures de temps de relaxations de bulles confinées sont présentées et le nombre capillaire dynamique est introduit [2].

[1] Frankel, N. A. & Acrivos, A. “The constitutive equation for a dilute emulsion.” J. Fluid Mech. 44 (1970), 65-78.

[2] Llewellin, E., Mader, H., Wilson, S., 2002. The rheology of a bubbly liquid. Proceedings of the Royal Society of London. Series A : Mathematical, Physical and Engineering Sciences 458 (2020), 987–1016.