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Accueil du site > Reserve Emploi / Thèse / Stages > Thèses 2007-2010 au CRPP : sujets proposés

Vieillissement au repos des empilements lâches de sphères dures ou déformables dans un fluide visqueux

Directeurs de thèse : Patrick Snabre - Bernard Pouligny

Les équipes « boues » et « émulsions » étudient les écoulements de milieux complexes constitués de sphères dures ou déformables en très forte concentration dans un fluide visqueux plus ou moins dense. Ces matériaux peuvent couler, ou au contraire se bloquer de manière stable ou transitoire selon la géométrie d’écoulement et le type de sollicitation mécanique 1. La stabilité mécanique du matériau sous l’action des seules forces de gravité présente un intérêt du point de vue de la compréhension du comportement rhéologique sous faible déformation (régime quasi-statique). Le sujet de la thèse porte ainsi sur le vieillissement des empilements de grains solides (pâtes granulaires) ou déformables (émulsions) après sédimentation ou crémage des objets dans un fluide visqueux. Les travaux récents de A. Kabla concernent la plasticité des empilements compactés sous vibration 2, mais le problème de la plasticité des empilements « lâches » réalisés par sédimentation reste ouvert. Ces matériaux présentent un fort désordre structurel et pratiquement aucune agitation thermique en raison de la taille macroscopique des objets. Nous utilisons une technique optique de « diffusion multiple multispekle » pour sonder les infimes déplacements des objets sur une échelle du nanomètre et les évènements plastiques. La méthode de « corrélation de speckle résolue en temps » consiste à éclairer le matériau plus ou moins opaque avec une onde lumineuse cohérente et analyser en temps réel les fluctuations de la figure de speckle aux diverses échelles de temps. Les expériences préliminaires montrent une grande stabilité des empilements de billes de verre dans l’air mais indiquent par contre une microplasticité des empilements « lâches » de sphères dures dans un fluide visqueux. La première étape est de préciser l‘origine du vieillissement de la structure lâche dans un fluide visqueux. La question se pose de savoir si le fluide interstitiel et la déformabilité des objets peuvent influer sur la résistance du contact frictionnel et les évenements plastiques. Dans le cas des gouttes déformables, le mûrissement d’Ostwald et les évènements de coalescence contribuent à modifier la plasticité et le vieillissement de la structure. Une autre question est de savoir si les déformations de la structure restent localisées spatialement ou peuvent se propager dans le matériau. Dans une seconde étape, nous envisageons donc de développer une méthode d’imagerie de fluorescence et / ou de speckle en vue de reconstruire et / ou localiser les évènements plastiques dans un matériau transparent adapté en indice.

1 M. Lenoble, P. Snabre and B. Pouligny, "The flow of a very concentrated slurry in a parallel-plate device : Influence of gravity", Phys. Fluids, 17, 073303, 1-14, (2005) 2 A. Kabla and G. Debregeas, “Contact dynamics in a gently vibrated granular pile”, Phys. Rev. Lett. 92, 035501 (2004).

Post-scriptum :

Profil : Physicien expérimentateur. Bonnes connaissances de base en mécanique des fluides et en rhéophysique.

Mots clés : Rhéologie, plasticité, empilement lâche aléatoire, contact, friction, rugosité, murissement, coalescence.