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Présentation

De nombreux matériaux naturels ou élaborés sont constitués de particules, de gouttes ou de bulles éventuellement suspendues dans un ou plusieurs fluides. Suivant les situations la distribution de taille de ces hétérogénéités peut être étendue (béton) ou resserrée (peinture, pâte alimentaire, mousse, ...), le comportement des constituants peut être réversible ou dissipatif , les particules peuvent interagir de différentes façons (hydrodynamique, colloïdale, contact, …) et le matériau peut être le siège de phénomènes physico-chimiques variées (réactions chimiques, agrégations, ...). Cette diversité « constitutive » est à l’origine de la diversité des comportements observés lorsque l’on soumet ces matériaux à des sollicitations mécaniques (efforts ou déformations). L’objectif principal des travaux menés dans l’équipe Rhéophysique est de décrire, comprendre et modéliser le comportement en écoulement (régime liquide), en déformation (régime solide) et lors des transitions entre ces deux régimes de ces matériaux d’un point de vue expérimental, théorique et numérique.

Les travaux en cours concernent plus particulièrement la rhéologie des suspensions de particules et/ou de bulles, le comportement des matériaux granulaires et des systèmes amorphes, la mécanique et le vieillissement de matériaux constitués de bulles ou gouttes renforcées par des particules attachées aux interfaces et des mousses. Les matériaux étudiés expérimentalement sont formulés et caractérisés en utilisant divers matériels d’essai (rhéomètres, émulsionneurs, malaxeurs, tensiomètres, ...) ou en concevant des dispositifs spécifiques. Par ailleurs, différents dispositifs (rhéomètres, extrudeurs, …) insérables dans les imageurs du laboratoire (Imageur par Résonance Magnétique et Microtomographe) permettent de mesurer les champs de vitesses, la densité, ... ou de réaliser des images au sein d’échantillons de matériaux modèles ou réels soumis à diverses sollicitations.

Les méthodes de changement d’échelle sont appliquées et développées pour différentes classes de matériaux : suspensions de particules et/ou de bulles dans des fluides newtoniens et non newtoniens, suspensions colloïdales, émulsions, … Ces approches permettent d’identifier et/ou d’estimer les propriétés macroscopiques d’un matériau à partir d’une caractérisation de ses constituants. Les outils de simulation numériques discrètes sont utilisés pour étudier d’une part le comportement de matériaux granulaires et d’autre part le comportement de suspensions et de systèmes amorphes. Ces approches permettent d’identifier les mécanismes microscopiques qui déterminent la rhéologie macroscopique (existence de corrélations entre évènements dissipatifs élémentaires, rôle des instabilités mécaniques et des effets de couplage élastique à longue portée, polydispersité et forme des particules, interactions entre constituants,…).

Dans toutes ces situations, la possibilité de valider les prévisions théoriques et numériques en les comparant à des résultats expérimentaux obtenus sur des matériaux modèles dont la composition est connue et dont les propriétés des constituants sont bien comprises et mieux maîtrisées que celles des matériaux réels constituent un atout important. Cette confrontation permet de valider les outils d’analyse et de modélisation développés avant de les appliquer à des matériaux réels comme les bétons, les pâtes alimentaires, les boues d’épuration, les sables, les sols, les matériaux moussés ou aérés, les mousses de décontamination, ... ou à des procédés comme le malaxage, les techniques de dépollution ou le broyage.