Settling of non-Brownian particles in a thixotropic yield stress fluid : a laponite suspension
Etude de la sédimentation de particules non-browniennes dans un fluide thixotrope à seuil : la laponite
Résumé
The settling of non-Bownian spheres in a laponite suspension has been studied experimentally. A specific preparation has been set up. The rheology of the fluid has been characterized~: a suspension of laponite constitutes a thixotropic, yield stress, shear thinning, viscoelastic fluid. The main characteristic is that the viscosity increases exponentially with the aging time. The settling of single spheres has been studied under different aspects : the velocity of the sphere, the flow field around the sphere and the birefringence induced by the settling sphere. The velocity of the sphere slows down exponentially with aging time. Two flow field patterns have been observed : with a negative wake (an upward motion in the wake of the sphere) or with a near fore-and-aft symmetry. The settling-induced birefringence relaxes slowly in the wake of the sphere. The characteristic relaxation time increases with the aging time exponentially. The settling of a couple of spheres has been observed in two cases : with and without a negative wake. Spheres may cluster in each case. A first experiment of a settling suspension has been made (a single size of small spheres). A settling on finite length has been observed with a kinetic described with an exponential.
La sédimentation de particules non-browniennes dans une suspension de laponite a été étudiée expérimentalement. Un protocole de préparation spécifique a été mis en place, la caractérisation rhéologique du fluide a été réalisée : la laponite constitue un fluide thixotrope, à seuil, rhéofluidifiant et viscoélastique. La caractéristique principale est l'augmentation en exponentielle de la viscosité du fluide avec le temps de vieillissement. La sédimentation de particules isolées a été étudiée sous différents aspects : vitesse de la particule, champs de vitesse autour de la particule, biréfringence induite par la sédimentation. La vitesse de la particule évolue en exponentielle décroissante avec le temps de vieillissement. Deux régimes d'écoulement suivant la contrainte exercée par la particule ont été repérés : un écoulement avec une traînée négative (remontée du fluide après le passage de la particule) avec une évolution spatiale quasi-similaire entre l'amont et l'aval. La biréfringence induite par la sédimentation de la particule relaxe très lentement après le passage de la particule. Le temps de relaxation correspondant augmente avec le temps de vieillissement du fluide. La sédimentation de deux particules a été observée dans deux cas : en présence et en absence d'une traînée négative. L'agrégation des particules peut être observée dans chaque cas. De plus, la sédimentation de suspensions a été entreprise : on observe une sédimentation sur une longueur finie conduisant à l'arrêt de la sédimentation contrairement au ca newtonien. La dynamique de cet arrêt est en exponentielle décroissante.
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