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Lorsqu'une suspension concentrée est en écoulement, il est fréquent d'observer que la concentration en particules ne reste pas homogène mais que les particules migrent vers des régions préférentielles de l'écoulement. Globalement, il existe deux types de modèles pour décrire cette interaction entre l'écoulement et la structure qui apparaît dans la suspension. Les premiers sont assez phénoménologiques et reposent sur l'étude des collisions qui surviennent entre les particules en écoulement. Ils donnent lieu à une description de la migration en termes de diffusion des particules. Le second modèle, appelé "Suspension Balance Model" (SBM), fait appel à l'action des contraintes normales d'origine particulaires engendrées par l'écoulement. Ce modèle semble très pertinent mais son utilisation souffre du manque de données sur les contraintes normales dans les suspensions. Ce manuscrit rapporte une étude expérimentale et numérique de la rhéologie et de la migration induite par un écoulement dans des suspensions non-browniennes concentrées. La partie expérimentale consiste à mesurer, en géométrie torsionnelle plan-plan, la viscosité, les deux différences de contraintes normales et le tenseur des contraintes particulaires. Les contraintes particulaires déterminées expérimentalement sont alors injectées dans le "Suspension Balance Model" qui relie le flux de particules à la divergence du tenseur des contraintes particulaires, dans le cas d'un écoulement de cisaillement simple. Les équations couplées de la conservation de la masse, des particules et du moment d'inertie sont implémentées dans OpenFOAMr et résolues par la méthode des volumes finis. Les résultats numériques sont comparés à des résultats numériques et expérimentaux de la littérature. Enfin, le SBM est généralisé pour être utilisé dans tout type d'écoulement à 2 dimensions ; les cas du cisaillement d'un nuage de particules et de l'effet de la gravité dans un écoulement de Couette horizontal sont traités.
An overview is presented of research that focuses on slow flows of suspensions in which colloidal and inertial effects are negligibly small. We describe nuclear magnetic resonance imaging experiments to quantitatively measure particle migration occurring in concentrated suspensions undergoing a flow with a nonuniform shear rate. These experiments address the issue of how the flow field affects the microstructure of suspensions. In order to understand the local viscosity in a suspension with such a flow-induced, spatially varying concentration, one must know how the viscosity of a homogeneous suspension depends on such variables as solids concentration and particle orientation. We suggest the technique of falling ball viscometry, using small balls, as a method to determine the effective viscosity of a suspension without affecting the original microstructure significantly. We also describe data from experiments in which the detailed fluctuations of a falling ball's velocity indicate the noncontinuum nature of the suspension and may lead to more insights into the effects of suspension microstructure on macroscopic properties. Finally, we briefly describe other experiments that can be performed in quiescent suspensions (in contrast to the use of conventional shear rotational viscometers) in order to learn more about boundary effects in concentrated suspensions.
Formerly Transactions of the Society of Rheology. Covers research on flow and deformation of complex materials. Subject coverage includes polymer physics, fluid mechanics, analysis, and material compositions.