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Hydrodynamique des suspensions rhéo-épaississantes : Écoulement de Poiseuille et dam-break

Alexis Bougouin 

 post-doc IUSTI Marseille

Jeudi 29 février à 10 h 00 Salle des séminaires Castex

 

Les suspensions rhéo-épaississantes, comme la Maïzena dans l’eau, présentent un comportement spectaculaire à mi-chemin entre fluide et solide, caractérisé par une augmentation, parfois brutale, de la viscosité à forte contrainte. Ce phénomène a récemment reçu une explication avec le modèle de transition frictionnelle prédisant, pour les suspensions concentrées, des lois rhéologiques ré-entrantes (en forme de S) pouvant affecter la stabilité de l’écoulement. Néanmoins, le développement de ces instabilités et leurs conséquences sur l’écoulement restent encore inconnus dans différentes configurations hydrodynamiques. Ma présentation abordera deux écoulements emblématiques et pertinents pour l’industrie et la géophysique : l’écoulement de Poiseuille et la rupture de barrage. Dans une conduite, l’émergence d’une structure localisée, rétropropagative et super-dissipative, appelée soliton frictionnel, conduit à une saturation du débit à haut forçage (Fig. 1A). L’étalement gravitaire présente aussi une dynamique surprenante, avec une vitesse constante et indépendante de l’épaisseur, pilotée par un front super-dissipatif (Fig. 1B). Je discuterai les régimes d’existence de ces structures singulières, les mécanismes sous-jacents et les lois d’écoulement qui en résultent.

 

Figure 1: (A) Evolution spatio-temporelle de l’écoulement proche paroi d’une suspension rhéo-épaississante dans une conduite. La trajectoire des traceurs (en noirs) met en évidence la propagation et les caractéristiques du soliton frictionnel (sketch). (B) Images successives de l’étalement gravitaire d’une suspension rhéo-épaississante à vitesse constante (ligne rouge).