Suspension dense, Rhéologie, Friction, Fonctionnalisation de particule, Particules perméables, Polyélectrolytes, Interactions interparticulaires, Caractérisation multi-Échelle

Les suspensions, qui sont constituées de mélanges de particules dispersées dans un liquide, sont omniprésentes dans les phénomènes naturels (transport de sédiments dans les rivières et les océans, glissements de terrain, avalanches, écoulements pyroclastiques) et dans les processus industriels (industrie alimentaire et cosmétique, génie civil et industrie pétrolière, industries du papier et des composites). Si la rhéologie des suspensions à des fractions volumiques en particules faible est comprise depuis le calcul d'Einstein où les interactions hydrodynamiques entre les particules prédominent, celle dans le régime concentré est loin d'être complètement élucidée. En effet, à ces fractions volumiques, les contacts entre particules deviennent prépondérants entraînant une divergence de la viscosité jusqu'à une transition de blocage, le « jamming », où l'écoulement est stoppé. Dans ce régime de concentration, le problème majeur est de relier la mécanique à l'échelle des grains aux propriétés rhéologiques macroscopiques. Récemment, des études théoriques et numériques ont souligné le rôle de la friction entre les particules et plus largement sur les interactions entre ces particules (électrostatiques, stériques par exemple). Néanmoins, il est difficile expérimentalement d'explorer les suspensions sur toute la gamme allant de particules ayant des interactions purement lubrifiées (sans contact frictionnel) jusqu'à des particules ayant un contact solide avec friction. Le présent projet propose d'aller dans cette direction en fabriquant des particules fonctionnalisées chimiquement à leur surface. Cette fonctionnalisation vise à affecter les interactions entre les particules et entre les particules et le fluide suspendant et pourrait permettre d'examiner la transition entre des suspensions où les particules ont seulement des interactions lubrifiées (sans friction) et où il y a contact frictionnel entre les grains (avec friction). L'objectif de la thèse est par conséquent l'élaboration de particules de fonctionnalité contrôlée et leurs études rhéologiques. Nous étudions deux type de particules, à savoir (i) des particules perméables stimulables par leur environnement chimique, (ii) des particules inorganiques sur lesquelles nous greffons des chaînes de polymères stimulable en solution. Nous observons de fortes corrélations entre les propriétés physico-chimiques de surface et les propriétés de friction macroscopique de ces particules en suspension en régime concentré.