Influence Des Ajouts Des Agents Épaississants Sur La Rhéologie Des Fluides Complexes

Résumé: Dans ce mémoire nous avons étudié expérimentalement, théoriquement et numériquement les écoulements uni et bidimensionnels d’un fluide non newtonien rhéofluidifiant entre deux cylindres centrés et excentrésmais également dans une conduite cylindrique droite présentant des singularités. Le fluide modèle rhéofluidifiant utilisé est une solution de xanthane étudiée à différentes concentrations dont la caractérisation rhéologique a été effectuée par rhéométrie. Les fluides newtoniens de référence sont une solution de Emkarox et de l’eau. Les mesures expérimentales de champ de vitesse ont été réalisées en utilisant deux techniques non intrusives et performantes : la PIV et la vélocimétrie par IRM. La mise en oeuvre de cette dernière constitue une démarche originale et nouvelle au laboratoire. Des simulations numériques réalisées avec le code calcul Fluent c’est nous ont permis de compléter les investigations de notre étude. Les travaux réalisés nous ont permis de caractériser l’influence des propriétés rhéofluidifiantes sur le comportement de le zone de recirculation, en terme d’intensité et de morphologie, se manifestant dans la configuration de cylindres excentrées de la géométrie de Couette et en présence d’un élargissement brusque dans la conduite cylindrique. Les résultats expérimentaux ont été analysés et comparés entre eux afin de dégager des conclusions répondant aux objectifs présentés dans l’introduction. Nous avons par ailleurs systématiquement confrontés ces résultats expérimentaux aux résultats des simulations numériques en observant une bonne concordance générale. Nous avons dans un premier temps caractérisé les propriétés rhéologiques de nos fluides modèles. Des mesures rhéométriques utilisant un rhéomètre AR2000 (TA Instruments) à contrainte imposée ont été réalisées et nous ont permis d’observer que le xanthane en solution présente un caractère fortement rhéofluidifiant qui augmente avec la concentration et qu’il est bien décrit par une loi de comportement suivant le modèle de Cross. La gamme expérimentale de rhéofluidification de nos solutions de xanthane est par ailleurs étendue et définie par un indice de structure, n, compris entre 0, 28 et 0, 54. Nous avons également mis en évidence l’élasticité de nos solutions de xanthane en réalisant des tests d’oscillations. A partir des modules élastique et visqueux nous avons déterminé un nombre caractéristique viscoélastique tve. L’évaluation des effets élastiques à partir du nombre de Weissenberg, We, a montré que la viscoélasticité des nos solutions de xanthane était faible et pouvait être considérée comme négligeable. Cela se révèle favorable à notre étude puisque nous nous intéressons seulement au caractère rhéofluidifiant. Les nombreux avantages qu’offre la vélocimétrie par IRM, permettent d’élargir la gamme d’expériences réalisables à l’étude des fluides opaques et ouvrent ainsi de nouveaux horizons pour la poursuite éventuelle de ce travail. Parallèlement, le développement de la mesure des coefficients d’auto-diffusion des fluides complexes, renseignant sur leur organisation et leur orientation moléculaire directement corrélées au comportement macroscopique de ces matériaux, constitue notamment un axe de recherche intéressant et fondamental à la compréhension des phénomènes agissant sous écoulement.

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