{"id":12406,"date":"2020-07-30T10:56:40","date_gmt":"2020-07-30T08:56:40","guid":{"rendered":"http:\/\/navier-lab.fr\/?page_id=12406"},"modified":"2020-07-30T10:56:40","modified_gmt":"2020-07-30T08:56:40","slug":"rheologie-des-fluides-aeres","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/navier-lab.fr\/en\/research\/rheophysics-porous-media\/mousses-et-materiaux-aeres\/rheologie-des-fluides-aeres\/","title":{"rendered":"Rh\u00e9ologie des Fluides A\u00e9r\u00e9s"},"content":{"rendered":"

<\/p>\n

R\u00e9duction de la viscosit\u00e9 d\u2019une huile par incorporation d\u2019air<\/em><\/strong><\/h2>\n

Romain Morini (Postdoc IFSTTAR 01\/09\/2014 au 31\/12\/2015), Laurent Tocquer, Xavier Chateau, Olivier Pitois, Guillaume Ovarlez (actuellement au LOF, Bordeaux)<\/em><\/span><\/p>\n

Peut-on utiliser des bulles d\u2019air pour abaisser temporairement la viscosit\u00e9 d\u2019un liquide ? Il s\u2019agit en fait d\u2019un probl\u00e8me g\u00e9n\u00e9rique, dont la r\u00e9ponse est a priori connue depuis les ann\u00e9es 1930, gr\u00e2ce aux travaux de Taylor : la viscosit\u00e9 relative d\u2019une suspension de bulles dans un liquide visqueux d\u00e9pend du nombre capillaire Ca = G\u03b7oRb \/\u03c3 , form\u00e9 avec le gradient de vitesse G qui caract\u00e9rise l\u2019\u00e9coulement, la viscosit\u00e9 \u03b7o du liquide suspendant, le rayon de la bulle non d\u00e9form\u00e9e Rb et la tension de surface \u03c3. La mod\u00e9lisation de ce probl\u00e8me a \u00e9t\u00e9 propos\u00e9e d\u00e8s les ann\u00e9es 1970 (Frankel & Acrivos par exemple). En revanche, la validation exp\u00e9rimentale de cette mod\u00e9lisation n\u2019existait pas du fait de probl\u00e8mes majeurs dans les travaux r\u00e9alis\u00e9s jusqu\u2019alors : taille de bulles non-contr\u00f4l\u00e9e, plage de valeurs trop limit\u00e9e pour le param\u00e8tre Ca, pr\u00e9cision de mesure rh\u00e9ologique insuffisante.<\/p>\n

Nous avons cherch\u00e9 \u00e0 mesurer pr\u00e9cis\u00e9ment cet effet, ce qui nous a conduit \u00e0 mettre au point un dispositif exp\u00e9rimental bas\u00e9 sur des techniques milli-fluidiques. Les r\u00e9sultats obtenus ont permis, et ce pour la premi\u00e8re fois, de discriminer les mod\u00e9lisations les plus efficaces pour d\u00e9crire la viscosit\u00e9 des suspensions de bulles en fonction du nombre capillaire Ca et de la fraction volumique de bulles d’air \u03a6 (voir la figure ci-dessous).<\/p>\n

\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div><\/section>

\n\n \"\" <\/div>\n
<\/p>\n

Figure : Viscosit\u00e9 apparente adimensionn\u00e9e, \u03b7 \/ \u03b70, mesur\u00e9e pour des suspensions de bulles \u00e0 la fraction volumique \u03a6 en fonction du nombre capillaire Ca. Les pr\u00e9dictions de plusieurs mod\u00e8les th\u00e9oriques sont pr\u00e9sent\u00e9es pour comparaison.<\/p>\n

\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div><\/section>

<\/p>\n

Publications<\/em><\/strong><\/span><\/h2>\n

R. Morini, X. Chateau, G. Ovarlez, O. Pitois, L. Tocquer, Steady shear viscosity of semi-dilute bubbly suspensions<\/em>, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics 264 (2019) 19\u201324
\nR. Morini, X. Chateau, G. Ovarlez, O. Pitois, L. Tocquer,\u00a0Viscous friction of squeezed bubbly liquid layers<\/em>,\u00a0Soft Matter, 2018, 14, 8372-8377<\/p>\n

\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div><\/section>

\n
\n\t
\n\t\t\t<\/div>\n<\/div>\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/section>
<\/p>\n

Comportement rh\u00e9ologique d\u2019une p\u00e2te a\u00e9r\u00e9e<\/em><\/strong><\/h2>\n

Lucie Duclou\u00e9 (Th\u00e8se Cifre Saint-Gobain, soutenue le 09\/09\/2014), Xavier Chateau, Olivier Pitois, Guillaume Ovarlez (actuellement au LOF, Bordeaux), Julie Goyon<\/em><\/span><\/p>\n

L\u2019\u00e9tude pr\u00e9sent\u00e9e ci-dessus concerne la rh\u00e9ologie d\u2019un liquide simple a\u00e9r\u00e9, alors que de nombreux mat\u00e9riaux ont une rh\u00e9ologie qui est intrins\u00e8quement plus complexe. C\u2019est par exemple le cas des p\u00e2tes, qui sont largement utilis\u00e9es dans l\u2019\u00e9laboration de mat\u00e9riaux, et dont le rh\u00e9ogramme fait appara\u00eetre une contrainte seuil, \u03c4yo, au-dessus de laquelle le mat\u00e9riau s\u2019\u00e9coule comme un liquide, alors que leur comportement est celui d\u2019un solide (\u00e9lastique) pour des valeurs inf\u00e9rieures de la contrainte appliqu\u00e9e. Comment cette rh\u00e9ologie complexe est-elle modifi\u00e9e par la pr\u00e9sence de bulles ?<\/p>\n

Cette probl\u00e9matique a \u00e9t\u00e9 trait\u00e9e dans l\u2019\u00e9quipe. Par un excellent contr\u00f4le et un d\u00e9couplage des diff\u00e9rents param\u00e8tres de ces syst\u00e8mes, nous avons pu pr\u00e9ciser l\u2019effet rh\u00e9ologique des bulles dans la p\u00e2te. Nous montrons que la transition solide\/liquide est pilot\u00e9e par le nombre capillaire de Bingham Cay = \u03c4yoRb \/\u03c3 , o\u00f9 Rb est le rayon des bulles et \u03c3 la tension de surface ; en particulier, pour Cay \u2264 0.1, la contrainte seuil du mat\u00e9riau a\u00e9r\u00e9 \u03c4y(\u03a6) reste tr\u00e8s proche de celle de la matrice (\u03c4yo) et ne d\u00e9pend pas de la taille des bulles. Pour des contraintes bien inf\u00e9rieures \u00e0 cette contrainte seuil, le mat\u00e9riau \u00e0 un comportement \u00e9lastique compos\u00e9 de l\u2019\u00e9lasticit\u00e9 capillaire des bulles et de celle de la matrice ; ces deux contributions sont pilot\u00e9es par le nombre capillaire \u00e9lastique, Ca\u00e9l = GoRb \/\u03c3 , o\u00f9 Go est le module \u00e9lastique de la p\u00e2te : plus les bulles sont grosses, plus le mat\u00e9riau appara\u00eet \u00ab mou \u00bb (voir la figure ci-dessous).<\/p>\n

\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div><\/section>

\n\n \"\" <\/div>\n
<\/p>\n

Des bulles d\u2019air modifient la rh\u00e9ologie d\u2019une p\u00e2te. Gauche : Contrainte seuil des p\u00e2tes a\u00e9r\u00e9es divis\u00e9e par la contrainte seuil du mat\u00e9riau en fonction de la fraction volumique d\u2019air. De mani\u00e8re assez surprenante, cette contrainte r\u00e9duite ne d\u00e9pend pas de la taille des bulles. Droite : Lorsque la contrainte est inf\u00e9rieure \u00e0 la contrainte seuil, le comportement de la p\u00e2te a\u00e9r\u00e9e est celui d\u2019un solide \u00e9lastique (la grandeur repr\u00e9sent\u00e9e est le module \u00e9lastique de la p\u00e2te a\u00e9r\u00e9e divis\u00e9e par le module \u00e9lastique du mat\u00e9riau). On constate que cette fois-ci, le comportement d\u00e9pend de la taille des bulles : plus elles sont grosses, plus le mat\u00e9riau a\u00e9r\u00e9 appara\u00eet mou ; pour des bulles suffisamment petites, le module est l\u00e9g\u00e8rement renforc\u00e9 par la pr\u00e9sence des bulles.<\/p>\n

\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div><\/section>

<\/p>\n

Publications<\/em><\/strong><\/h2>\n

L. Duclou\u00e9, O. Pitois, J. Goyon, X. Chateau, G. Ovarlez, Rheological behaviour of suspensions of bubbles in yield stress fluids<\/em>, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics 215 (2015) 31\u201339
\nL. Duclou\u00e9, O. Pitois, J. Goyon, X. Chateau, G. Ovarlez, Coupling of elasticity to capillarity in soft aerated materials<\/em>, Soft Matter, 2014, 10, 5093\u20135098
\nL. Duclou\u00e9, O. Pitois, J. Goyon, X. Chateau, G. Ovarlez, Yielding and flow of foamed metakaolin pastes<\/em>, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 513 (2017) 87\u201394<\/p>\n

\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div><\/section>

\n
\n\t
\n\t\t\t<\/div>\n<\/div>\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/section>
<\/p>\n

Moussage des fluides complexes : dynamique de la formation des bulles dans des fluides \u00e0 seuil en g\u00e9om\u00e9tries confin\u00e9es<\/em><\/strong><\/h2>\n

Beno\u00eet Laborie (Th\u00e8se LABEX MMCD, soutenue le 01\/10\/2015), Elise Lorenceau (CNRS, NAVIER – actuellement LiPhy \u00e0 Grenoble), Florence Rouyer (UPEM, NAVIER), Dan Angelescu (ESIEE, ESYCOM actuellement FLUIDION )<\/em><\/span><\/p>\n

Beaucoup de mat\u00e9riaux mouss\u00e9s r\u00e9sultent d\u2019un m\u00e9lange d\u2019une mousse avec un fluide \u00e0 seuil, nous avons cherch\u00e9 \u00e0 produire une mousse directement par l\u2019inclusion d\u2019air dans une \u00e9mulsion \u00e0 partir de syst\u00e8me classique utilis\u00e9 en micro-fluidique telle qu\u2019une jonction en T et un dispositif \u00ab flow focusing \u00bb mais d\u2019\u00e9chelle milli-fluidique.<\/p>\n

La pression de gaz est impos\u00e9 \u00e0 l\u2019entr\u00e9e principale du dispositif et le fluide \u00e0 seuil est inject\u00e9 \u00e0 d\u00e9bit constant \u00e0 l\u2019entr\u00e9e secondaire (transverse \u00e0 l\u2019\u00e9coulement principal). Nous avons identifi\u00e9 un m\u00e9canisme robuste de production de bulles lorsque la contrainte seuil d\u00e9passe la pression capillaire. La fr\u00e9quence maximale de production de bulle en r\u00e9gime stationnaire est impos\u00e9 par le temps minimum de fractionnement de l\u2019air fix\u00e9 par le rapport du volume de la jonction et du d\u00e9bit de fluide \u00e0 seuil [1]. Nous avons alors identifi\u00e9 les diff\u00e9rents modes d\u2019\u00e9coulement des mousses de fluides \u00e0 seuil dans ces canaux en fonction de la pression de gaz impos\u00e9 [2]. Un r\u00e9gime stationnaire peut-\u00eatre atteint pour un dispositif \u00e0 pression de gaz impos\u00e9e \u00e0 condition que la pression soit r\u00e9gul\u00e9e dynamiquement aux premiers instants pour compenser non seulement la perte de charge hydrodynamique li\u00e9 \u00e0 l\u2019injection d\u2019air mais aussi au d\u00e9p\u00f4t de fluide sur les parois [3]. L\u2019\u00e9tude du d\u00e9p\u00f4t de fluide \u00e0 seuil dans un conduite cylindrique montre que l\u2019\u00e9paisseur d\u00e9pos\u00e9e peut \u00eatre plus importante pour un fluide \u00e0 seuil de type Bingham que pour un fluide Newtonien et que l\u2019\u00e9paisseur augmente avec la valeur du seuil [4]. Ce travail a \u00e9galement fait appara\u00eetre l\u2019importance du glissement des fluides \u00e0 seuil, qui a fait l’objet de la th\u00e8se de Xio Zhang (soutenue 12\/10\/2018, voir th\u00e8me Rheology of pastes, and complex fluids).<\/p>\n

\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div><\/section>

<\/p>\n

Publications<\/em><\/strong><\/h2>\n

[1] B. Laborie, F. Rouyer, D. E. Angelescu, and E. Lorenceau (2015), \u201cBubble Formation in Yield Stress Fluids Using Flow-Focusing and T-Junction Devices\u201d, Physical Review Letters, 114, 204501.
\n[2] B. Laborie, F. Rouyer, D.E. Angelescu, E. Lorenceau (2016), “Yield-stress fluids foams: flow patterns and controlled production in T-junction and flow-focusing devices “, Soft Matter 12(46), 9355.
\n[3] B. Laborie, F. Rouyer, D. Angelescu, E. Lorenceau (2016), \u201cOn the stability of the production of bubble in Yield-stress Fluid using Flow-focusing and T-junction devices\u201d , , Physics of Fluid 28(6), 063103 (2016).
\n[4] B. Laborie, F. Rouyer, D.E. Angelescu, E. Lorenceau(2017), “Yield-stress fluid deposition in circular channels\", Journal of Fluid Mechanics 818, 838-851.<\/p>\n

\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div><\/section>

\n\n \"\" <\/div>\n
<\/p>\n

Un fluide \u00e0 seuil (YSF) est inject\u00e9 \u00e0 d\u00e9bit constant (Q) perpendiculairement \u00e0 une canalisation o\u00f9 la pression (P) ou le d\u00e9bit (Gg) de gaz est impos\u00e9e en entr\u00e9e. Un r\u00e9gime de production stationnaire de bulles peut \u00eatre atteint. Un mousse est obtenue \u00e0 la sortie du dispositif.<\/p>\n

\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div><\/section><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"parent":12402,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"class_list":["post-12406","page","type-page","status-publish","hentry"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/navier-lab.fr\/en\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/12406","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/navier-lab.fr\/en\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/navier-lab.fr\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/navier-lab.fr\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/navier-lab.fr\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=12406"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/navier-lab.fr\/en\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/12406\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":12407,"href":"https:\/\/navier-lab.fr\/en\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/12406\/revisions\/12407"}],"up":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/navier-lab.fr\/en\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/12402"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/navier-lab.fr\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=12406"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}