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H/F Comprendre la rhéologie des suspensions non-browniennes concentrées

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : mercredi 17 août 2022

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Informations générales

Référence : UMR7010-ELILEM-001
Lieu de travail : NICE
Date de publication : mercredi 27 juillet 2022
Nom du responsable scientifique : Elisabeth Lemaire
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 3 octobre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Les suspensions non-browniennes sont constituées de particules dont la taille est suffisamment grande pour que le mouvement brownien puisse être négligé La physique des suspensions non-browniennes est une thématique très active de recherche en raison des questions fondamentales qui sont actuellement soulevées et des nombreuses applications dans l'industrie (bétons, agroalimentaire, cosmétiques…) et dans les écoulement naturels (sang, coulées de boue, laves volcaniques…). La recherche des dix dernières années a montré que les propriétés rhéologiques de ces suspensions concentrées étaient essentiellement contrôlées par les forces de contact direct entre particules. Le contact tangentiel est décrit par une loi de friction et il a été montré grâce à des expériences [1,2], des simulations numériques [3] et des modèles théoriques [3,4] que la variation du coefficient de friction avec la contrainte de cisaillement permettait de rendre compte à la fois du rhéoépaississement observé dans des suspensions comme les suspensions de fécule de maïs (Maisena) et de la rhéofluidification présente dans pratiquement toutes les suspensions courantes de particules de polymère. Le contact normal est quant à lui caractérisé par une éventuelle force d'adhésion, définie comme la force minimum qu'il est nécessaire d'appliquer pour séparer deux particules. Des liens phénoménologiques [5,6] ont été établis entre les propriétés rhéologiques des suspensions concentrées et les forces d'adhésion entre particules mais il reste encore un effort à faire pour que ces liens soient véritablement quantitatifs et qu'un cadre général du même type que celui qui a été construit pour rendre compte et prédire les effets de la friction sur la rhéologie puisse voir le jour. Par ailleurs, des études préliminaires ont montré que lorsque la rigidité des particules décroissait, la viscosité des suspensions augmentait, contrairement à ce que pourrait laisser penser l'idée assez intuitive qu'augmenter la déformabilité des particules devrait contribuer à faciliter l'écoulement de la suspension. Ce paradoxe trouve sans doute une explication en considérant la variation de l'aire de contact de deux particules dans un écoulement en fonction de leur rigidité. Quand celle-ci diminue, l'aire de contact augmente et les effets des forces de contact, qu'elles soient d'origine frictionnelle ou adhésive augmente.
Progresser dans la compréhension des liens qui unissent adhésion entre particules, rigidité et rhéologie des suspensions est un des objectifs d'un projet collaboratif que nous menons avec des chimistes de l'Institut des Matériaux Polymères à Lyon (projet ANR RHEOCOM). Nous avons, grâce à eux, accès à des particules dont les propriétés volumiques et surfaciques sont très bien contrôlées. L'objet du doctorat est de mesurer par Microscopie à Force Atomique (AFM) les interactions frictionnelles et adhésives entre particules, de caractériser la rhéologie (viscosité, différence de contraintes normales) et de tenter d'établir des liens quantitatifs qui permettent d'expliquer ou même de prédire la rhéologie, connaissant les interactions microscopiques entre particules.
[1] Chatté G. et al. "Shear thinning in non-Brownian suspensions." Soft matter 14.6 (2018): 879-893.
[2] Arshad M. et al. "An experimental study on the role of inter-particle friction in the shear-thinning behavior of non-Brownian suspensions.” Soft Matter, 2021,17, 6088-6097
[3] Lobry L. et al. "Shear thinning in non-Brownian suspensions explained by variable friction between particles." J. Fluid Mech. 860 (2019): 682-710.
[4] Wyart, M. & Cates M.E. "Discontinuous shear thickening without inertia in dense non-Brownian suspensions." Phys. Rev. Lett. 112.9 (2014): 098302.
[5] Papadopoulou A. et al. "On the shear thinning of non-Brownian suspensions: Friction or adhesion?." J.Non-Newton. Fluid Mech. 281 (2020): 104298.
[6] Richards J. et al. "The role of friction in the yielding of adhesive non-Brownian suspensions." J. Rheol. 64.2 (2020): 405-412.

Contexte de travail

L'Institut de Physique de Nice est un laboratoire avec un large spectre d'activité de recherche en Physique allant de la physique de la matière molle à la physique des atomes froids en passant par la turbulence ou la propagation des ondes en milieux complexes. L'environnement scientifique est par conséquent très stimulant.
L'équipe qui accueillera le doctorant est par ailleurs très impliquée dans la communauté de la rhéologie en France. Elle a développée de très nombreux liens aussi bien avec des chercheurs du monde académique qu'avec des acteurs de l'industrie.

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