Le Capillarytron : un nouveau rhéomètre pour sonder la rhéologie frictionnelle des suspensions colloïdales. - Aix-Marseille Université Access content directly
Theses Year : 2022

Capillarytron : un new rheometer to probe the frictional rheology of colloidal suspensions

Le Capillarytron : un nouveau rhéomètre pour sonder la rhéologie frictionnelle des suspensions colloïdales.

Abstract

A strong consensus has recently emerged on the central role of frictional contacts between particles on the rheological behavior of colloidal suspensions. However, no rheological tool exists to characterize the frictional behavior of these suspensions. In this thesis, I developed a new rheometer: the Capillarytron, which by controlling the granular stresses, gives direct access to the frictional rheology of colloidal suspensions. The key idea of this new device is to impose the granular stress, not by using a rigid and moving grid as in Boyer et al. (2011), but by using the capillary air/suspension interface. By this means, it is possible to extend imposed pressure rheology to suspensions composed of particles with diameters of only a few microns. After presenting the concept of this new rheometer, I validate its use by studying a well known suspension of macroscopic frictional particles. I then study a model shear- thickening suspension of silica particles for which frictional contacts and short-range repulsive interactions are simultaneously at play. The results obtained validate the frictional transition scenario recently put forward to explain the shear-thickening of dense colloidal suspensions. Finally, we use the Capillarytron to explore the frictional signatures of various colloidal suspensions. These results highlight how the microscopic properties of the particle surface can lead to various macroscopic rheological behaviors.
Un consensus fort a récemment émergé sur le rôle central des contacts frictionnels entre particules sur le comportement rhéologique des suspensions colloïdales. Cependant, aucun outil rhéologique n'existe pour caractériser le comportement frictionnel de ces suspensions. Dans cette thèse, j'ai développé un nouveau rhéomètre : le Capillarytron, qui par le contrôle des contraintes granulaires, donne directement accès à la rhéologie frictionnelle des suspensions colloïdales. L'idée clé de ce nouveau dispositif est d'imposer la contrainte granulaire, non pas en utilisant une grille rigide et mobile comme dans Boyer et al. (2011), mais en utilisant l'interface capillaire air/suspension. Par ce moyen, il est possible d’étendre la rhéologie à pression imposée aux suspensions composées de particules de seulement quelques microns de diamètre. Après avoir présenté le concept de ce nouveau rhéomètre, je valide son utilisation en étudiant une suspension bien connue de sphères macroscopiques frottantes. J'étudie ensuite une suspension rhéo-épaississante modèle de particules de silice pour laquelle contacts frictionnels et interactions répulsives à courte portée sont simultanément en jeu. Les résultats obtenus valide le scénario de transition frictionnelle récemment mis an avant pour expliquer le rhéo-épaississement des suspensions colloïdales denses. Enfin, nous utilisons le Capillarytron afin d’explorer les signatures frictionnelles de diverses suspensions colloïdales. Ces résultats mettent en évidence la façon dont les propriétés microscopiques de la surface des particules peuvent conduire à divers comportements rhéologiques macroscopiques.
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Dates and versions

tel-04106592 , version 1 (25-05-2023)

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  • HAL Id : tel-04106592 , version 1

Cite

Bruno Etcheverry. Le Capillarytron : un nouveau rhéomètre pour sonder la rhéologie frictionnelle des suspensions colloïdales.. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Aix Marseille Université, 2022. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04106592⟩
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