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Simulation de la structuration de suspensions bidisperses

- Porteur : Meunier Alain

- Collaborateurs LPMC : Persello Jacques, Volkova Olga, Bossis Georges

- Collaborateurs extérieurs : Grasselli Yan (SKEMA Bachelors-EAI), Zubarev A. (Université Fédérale de l’Oural, Ekaterinburg, Russie)

- Plateformes technologiques : Centre de micro & nanorhéométrie

- Description :

Les suspensions de particules utilisées dans l’industrie sont rarement monodisperses, or la modélisation de la structuration de ces suspensions en présence d’un écoulement et/ou d’un champ électrique ou magnétique traite presque exclusivement de suspensions monodisperses. Il est en effet très difficile de modéliser les fonctions de distribution de paires en présence de polydispersité. Par contre l’outil de la simulation numérique est bien adapté pour mieux comprendre l’origine des comportements observés spécifiquement sur des suspensions polydisperses. Il s’agit par exemple des transitions de blocage sous écoulement où le rôle de la polydispersité joue un rôle essentiel- mais non élucidé- sur le mécanisme de déclenchement de la transition, également de la migration différentielle entre petites et grosses particules lorsque le cisaillement est inhomogène [1,2] ou encore des séparations de phase entre petites et grosses particules magnétiques en présence d’un champ magnétique.

Nous avons récemment réussi ,en simulant des suspensions monodisperses avec des forces répulsives reproduisant le recouvrement de polymères adsorbés sur la surface des particules, à obtenir des valeurs de modules viscoélastiques, proches de ceux mesurés expérimentalement. On pourra de la même façon, toujours par dynamique Stokesienne, obtenir la contrainte seuil pour différentes fractions volumiques et ainsi valider ou non les différents modèles proposés dans la littérature pour prédire ces quantités. Par la suite nous voulons étudier dans quelle mesure l’introduction d’une fraction de plus petites particules, à fraction volumique totale constante, peut modifier les valeurs des contraintes seuils et des modules viscoélastiques et également le comportement rhéologique sous écoulement. Les résultats de ces expériences numériques seront confrontés à ceux obtenus au laboratoire et également en microgravité sur un rhéomètre spécialement conçu pour cet usage.

En présence d’interactions dipolaires magnétiques, nous avons obtenu par simulation en l’absence d’écoulement, la dynamique de formation des agrégats de particules [3]. Notre but dans ce domaine est d’étendre ces simulations à une suspension bidisperse de façon à trouver les conditions d’une ségrégation en colonnes distinctes de grosses et de petites particules. Cette ségrégation, générant un grand nombre de jonctions entre deux matériaux différemment dopés se présentant sous la forme de nanoparticules, pourrait par la suite trouver des applications, en particulier dans le domaine photoélectrique.

[1] A. Meunier, G. Bossis, The influence of surface forces on shear induced tracer diffusion in mono and bidisperse suspensions, Eur. Phys. J.E. 25, 187-199 (2008)
[2] R. Pesché , G. Bossis, A Meunier, hal-00694958 [3] G. Bossis, P. Lançon, A. Meunier, L. Iskakova, V. Kostenko, A. Zubarev, Kinetics of internal structures growth in magnetic suspensions, Physica A392, 1567–1576 (2013)

Mots-clés

Fluides & Matériaux Complexes, Magnétorhéologie - Nanomatériaux