Réunion de groupe : contacts entre grains dans les suspensions colloïdales

Plusieurs groupes du GDR Mephy travaillent sur les suspensions de particules non-colloïdales dans des fluides newtoniens, notamment l’IUSTI à Marseille, le LPMC à Nice, le Laboratoire Navier à Champs-sur-Marne, et le FAST à Orsay.
L’un des problèmes encore mal compris dans ces systèmes est le rôle des contacts entre grains dans leurs propriétés rhéologiques, notamment dans les différences de contraintes normales. Dans une approche diphasique de ces systèmes, il est particulièrement important de dissocier les contraintes normales particulaires des contraintes fluides, dans la mesure où elles génèrent des inhomogénéités de concentration en particules lors de leurs écoulement, par migration des particules sous cisaillement.
Il nous a paru important de débattre de ce sujet car les résultats obtenus par les divers groupes sur des systèmes semblables faisaient apparaître des incohérences. Par ailleurs, un certain flou régnait sur la définition des grandeurs mesurées : s’agit-il de contraintes dues aux contacts directs entre grains uniquement, ou incluent-elles une contribution hydrodynamique ? La réponse à cette question est fondamentale pour la migration car il est apparu récemment que la contrainte à l’origine de mouvements relatifs des phases fluide et solide fait intervenir à la fois contacts et hydrodynamique.
Une réunion a eu lieu les 16 et 17 janvier 2014 à Marseille, avec la participation du GDR Mephy. Elle réunissait des membres des 4 laboratoires cités plus haut :

• Yoël Forterre, Elisabeth Guazzelli, Bloen Metzger, Olivier Pouliquen (IUSTI) ;
• Frederic Blanc, Stany Gallier, Elisabeth Lemaire, François Peters, Laurent Lobry (LPMC) ;
• Abdoulaye Fall, Anaël Lemaître, Guillaume Ovarlez (Navier) ;
• Georges Gauthier, Jérôme Martin (FAST),
• ainsi que des étudiants, soit une vingtaine de personnes.

Au cours de cette réunion, une synthèse des résultats des divers groupes a tout d’abord été présentée pour bien mettre en évidence les incohérences apparentes. La discussion libre qui a suivi a eu pour objet de mieux définir les contraintes pertinentes auxquelles on peut avoir accès expérimentalement, et à revisiter de façon critique l’ensemble des résultats expérimentaux. De ces discussions très riches, il ressort que la contrainte mesurée expérimentalement inclut bien à la fois des contributions des contacts directs et hydrodynamique. De plus, l’une des mesures effectuées et l’une des hypothèses parfois utilisée ont pu être remises en question, permettant de rendre les résultats plus cohérents. La contrainte mesurée est théoriquement celle à l’origine des phénomènes de migration. Cependant, elles ne permettent pas de reproduire à ce jour les résultats obtenus lors des études expérimentales de migration. Plusieurs pistes ont été évoquées pour comprendre ce dernier point, qui impliquent de nouvelles études.

Les participants ont donc prévu d’effectuer des études expérimentales complémentaires en collaboration dans l’année qui vient, qui coupleront notamment les études de migration à des mesures de contraintes normales. Une nouvelle réunion, avec pour objectif d’écrire un article synthétique, est prévue.