Stress plateaus and shear-banding in complex fluids

Plateaux de contrainte et bandes de cisaillement dans les fluides complexes

Julie Drappier (1)

1 LPS - Laboratoire de Physique Statistique de l'ENS

A number of complex fluids present stress plateaus in the measured flow curves. On this plateau, shear banding is sometimes observed. We study three surfactant solutions that all exhibit a plateau of the stress as a function of the shear rate. The experimental techniques used : rheology, velocity profiles measured by MRI, and birefringence experiments, reveal three different origins for the three plateaus. The first system, wormlike micelles in the semi-dilute regime show the development of a birefringent and highly sheared band on the plateau whose extension grows with increasing shear rate. For the second solution, a lamellar phase with an onion texture, shows vorticity banding on the horizontal plateau. For the third system, wormlike micelles in the dilute regime, we show that the stress plateau is due to wall slip. The drag reduction observed for this system is found to be due to wall slip also.

Certains fluides complexes présentent un plateau horizontal de la contrainte en fonction du cisaillement dans leur courbe d'écoulement. Sur ce plateau une structuration de l'écoulement en bandes de cisaillement est parfois observée. Trois fluides complexes sont étudiés, qui possèdent tous trois un plateau horizontal dans leur courbe d'écoulement. Les techniques expérimentales utilisées : la rhéologie, la mesure de profils de vitesse par IRM, et des expériences de biréfringence ont permis de mettre en évidence trois origines à ce plateau. Une première solution de micelles géantes dans le régime semi-dilué montre le développement d'une bande biréfringente et fortement cisaillée sur le plateau, qui croît avec le cisaillement. Un deuxième système, une phase lamellaire avec une texture oignon présente une structuration en bande de vorticité sur le plateau horizontal. Enfin pour une troisième solution de micelles géantes dans le régime dilué, le plateau est expliqué par du glissement à la paroi. La diminution de la traînée turbulente, observée pour ce système, semble également due à du glissement.

Mots clés: rheologie tensioactifs micelles phases oignon

Domaines: Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]; Analyse de données, Statistiques et Probabilités [physics.data-an]

Julie Drappier. Plateaux de contrainte et bandes de cisaillement dans les fluides complexes. Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]. Université Paris-Diderot - Paris VII, 2004. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00005909⟩