Migration induite par cisaillement dans les suspensions

Les suspensions de particules non-colloïdales plongées dans des fluides newtoniens opposent une résistance visqueuse à un cisaillement. Par ailleurs, ces matériaux développent des différences contraintes normales non nulles [1], proportionnelles à la contrainte cisaillement. Celles-ci ont pour origine une microstructure anisotrope due à la formation de contacts directs durant leurs écoulements. Une conséquence importante de ce comportement non-newtonien est le développement progressif d’hétérogénéités de concentration sous cisaillement. Ce phénomène de migration semble pouvoir être modélisé grâce à une description diphasique des suspensions [2] où les changements de densité sont essentiellement induits par les gradients des contraintes normales exercées sur la phase particulaire. Nous présentons ici une étude expérimentale détaillée de la migration sous cisaillement en géométrie de Couette, dans l’objectif de tester cette description diphasique et d’évaluer les contraintes particulaires. La suspension étudiée est celle de Boyer et al.[1], dont la loi de comportement (viscosité et contraintes normales) est donc connue a priori. Nous couvrons une large gamme de concentrations, depuis le régime dilué jusqu’au régime très concentré, à proximité de la fraction volumique de divergence de la viscosité. L’étude est effectuée dans une géométrie à cylindres coaxiaux insérée dans in Imageur à Résonance Magnétique qui donne accès aux champs de vitesse et de concentration dans le matériau [3]. La suspension est initialement homogène ; nous mesurons l’évolution temporelle des champs de vitesse et de concentration lorsque qu’une vitesse de rotation constante est imposée au cylindre interne. Nous montrons tout d’abord que la viscosité stationnaire du matériau inhomogène est en accord avec [1]. L’amplitude des inhomogénéités est en revanche plus faible et la cinétique plus rapide que ce qui se déduit des modèles standards basés sur contraintes normales totales. Nous proposons une expression des contraintes particulaires qui permet de rendre compte de nos observations. [1] F. Boyer, O. Pouliquen, E. Guazzelli, J Fluid Mech 686, 5-25 (2011); Phys. Rev. Lett. 107, 188301 (2011) [2] P. Nott, E. Guazzelli, O. Pouliquen, Phys Fluids 23, 043304 (2011) [3] G. Ovarlez, F. Bertrand, S. Rodts, J Rheol 50, 259-292 (2006