Rheology of concentrated silica suspensions

L’écoulement de suspensions peut être bloqué lorsque les particules en suspension sont densément tassées. Dans ce manuscrit,nous étudions des suspensions de particules de silice rugueuses industrielles dans un fluide newtonien. Le comportement rhéologique avec et sans vibrations est étudié à une fraction volumique supérieure à leur fraction volumique de blocage notée Øm. En l’absence de vibrations, les suspensions se comportent comme un solide : elles ne s’écoulent qu’au-dessus d’une contrainte seuil. Les particules sont confinées par la tension de surface et le seuil de contrainte est d’origine frictionnelle. Lorsque des vibrations sont appliquées, la contrainte seuil disparaît pour donner lieu à un comportement pseudo-newtonien de type liquide à faible taux de cisaillement. Lorsque le taux de cisaillement augmente, on observe un rhéoépaississement des suspensions vibrées, conduisant finalement à du blocage par cisaillement. Nous montrons que la transition de rhéoépaisssissement peut être ajustée en modifiant l’énergie de vibration injectée dans le système. Nous proposons enfin une image physique basée sur la compétition entre l’ouverture de contact par vibration et la formation de contact par cisaillement pour rendre compte de ces comportements. Dans le cadre du modèle de Wyart et Cates, les vibrations peuvent être considérées comme introduisant une force répulsive de type thermique, produisant une contrainte critique proportionnelle à la contrainte de vibration introduite par Hanotin et al.Flows of suspensions can be blocked when the suspended particles are densely packed. Here, we study suspensions of industrial rough silica particles in a Newtonian fluid. The rheological behavior with and without vibrations is study at a volume fraction above their jamming volume fraction. In the absence of vibrations, they have a solidlike behavior : they flow only above a yield stress. Particles are confined by the liquid interface, and the yield stress is of the frictional origin. When vibrations are applied, the yield stress vanishes to give rise to a liquidlike pseudo-Newtonian behavior at a low shear rate. As the shear rate is increased, we observe a shear thickening of the vibrated suspensions, eventually leading to shear-jamming. We show that this shear thickening can be tuned by changing the vibration energy injected into the system. We finally, propose a physical picture based on the competition between contact opening by vibration and contact formation by shear to account for these behaviors. In the framework of the Wyart and Cates model, vibrations can be seen as introducing a thermal-like repulsive force, yielding a critical stress proportional to the vibration stress introduced by Hanotin et al