Rhéophysique des pâtes et des suspensions

This book deals with suspensions mecanics. Suspensions are mixings of liquid and solid particles, that in general are superior to about 1 nm such as paint, ink, toothpast, some glue, fresh concrete, some weed-killers, compotes, soups...Emphasis is on the link between macroscopic mecanic properties (viscosity) and the inside structure of these materials (and also the interactions between solid particles). / Cet ouvrage traite du comportement mécanique des suspensions, autrement dit des mélanges d'un liquide et de particules solides d'une taille caractéristique supérieure à 1 nm environ tels que les peintures, les encres, le dentifrice, certaines colles, le béton frais, certains désherbants, les compotes, les soupes, etc. Nous mettons l'accent sur le lien entre les propriétés mécaniques macroscopiques (viscosité) d'une part et la structure interne de ces matériaux d'autre part (et notamment les interactions entre particules solides). Le chapitre 1 passe en revue l'origine physique des principes de la mécanique des fluides et de la rhéologie. Par exemple la validité de l'hypothèse du milieu continu dans le domaine des suspensions concentrées est discutée en détail et un cadre physique général des lois de comportement est proposée. Le comportement mécanique des suspensions faiblement ou modérément concentrées est ensuite abordé (Chapitre 2). Des régimes d'écoulement des suspensions, associés à des types de comportement bien précis, sont identifiés pour lesquels prédominent différents types d'interaction (hydrodynamique, colloïdale, par mouvement brownien, par contact) entre les éléments constitutifs du matériau. On montre notamment que les suspensions constituées d'un grand nombre de particules s'approchant à très faible distance en cours d'écoulement doivent faire l'objet d'un traitement particulier (Chapitre 3) en marge de la mécanique des fluides, s'appuyant notamment sur des connaissances issues du domaine de la mécanique des sols et de la physique des milieux granulaires. Le comportement macroscopique de ces suspensions granulaires a en effet un caractère non-local, il dépend des conditions de drainage aux frontières de l'échantillon et des efforts normaux appliqués au matériau. En guise d'application nous examinons le comportement mécanique de trois matériaux permettant de passer en revue une large gamme de phénomènes physiques résultant d'évolutions et de structures internes très différentes : le magma (Chapitre 5), la neige (Chapitre 6) et la boue (Chapitre 7).Cet ouvrage aborde aussi le problème fondamental de la détermination expérimentale du comportement des suspensions (Chapitre 4). En particulier nous nous attachons à montrer la difficulté de réaliser des mesures pertinentes, c'est-à-dire reflétant le comportement du matériau homogène et constant. Les phénomènes perturbateurs des mesures sont passés en revue ainsi que des techniques, procédures ou calculs, permettant de prendre compte ces effets ou d'éviter qu'ils ne se produisent. Des arguments physiques sont proposés pour expliquer ou quantifier ces phénomènes.