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Simulation numérique du comportement rhéologique de suspensions concentrées : rôle de la friction entre particules et du confinement

- Porteur : Lobry Laurent

- Collaborateurs LPMC : Peters François, Lemaire Élisabeth

- Doctorants/Post-docs : Gallier Stany, Ghigliotti Giovanni

- Description :

Jusqu’à un passé récent, on pensait que la rhéologie des suspensions non browniennes était dominée par les forces hydrodynamiques entre particules. Ainsi, les simulations numériques portaient leur effort sur la description la plus exacte possible des interactions de lubrification entre particules proches et des interactions à longue portée de l’ensemble des particules de la suspension sans souci particulier de choisir un potentiel d’interaction réaliste. Bien souvent, le potentiel n’était choisi que pour éviter le recouvrement des particules et assurer une convergence rapide du calcul. Or, des expériences récentes tendent à montrer que les forces de contact jouent un rôle déterminant dans la rhéologie des suspensions. Il s’agit en premier lieu des expériences de Boyer et al. [1] qui montrent que les suspensions et les milieux granulaires présentent un comportement rhéologique unifié où la friction solide entre grains apparaît explicitement. Des expériences réalisées dans notre laboratoire vont dans le même sens. En observant le comportement d’une suspension lors d’une inversion de cisaillement nous avons pu identifier deux contributions à la viscosité [2] : l’une correspondant à une dissipation hydrodynamique entre particules distribuées aléatoirement, l’autre amenée par la présence d’une structure anisotrope crée par les forces de contact entre particules [3].

Nous avons développé une méthode de simulation qui s’appuie sur la "Force Coupling Method", FCM [4], et qui prend en compte à la fois les interactions hydrodynamiques entre particules (lubrification et interactions à longue portée) et des forces de frictions entre particules au contact. Nous tentons de déterminer le rôle joué par les contacts frictionnels et la présence de parois sur la microstructure et la rhéologie (viscosité, contraintes normales) de suspensions concentrées. En outre, l’interprétation des résultats numériques s’appuie sur plusieurs expériences qui ont été développées au laboratoire et qui sont assez bien contrôlées pour qu’une comparaison des résultats numériques et expérimentaux ait un sens.

[1] Boyer F., Guazzelli E., Pouliquen O., Phys. Rev. Lett. 107, (2011) 188301
[2] Blanc F., Peters F., Lemaire E., J. Rheol. 55, 4 (2011) 835
[3] Blanc F., Peters F., Lemaire E., Phys. Rve. Lett. 107 (2011) 208302
[4] K Yeo, MR Maxey J. Comput. Phys. 229 (2010) 2401

Mots-clés

Fluides & Matériaux Complexes, Rhéologie des Suspensions