Rotation de Quincke dans des suspensions

par Nicolas Pannacci

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Élisabeth Lemaire.


  • Résumé

    La rotation de Quincke est la mise en rotation spontanée d’un objet isolant immergé dans un fluide faiblement conducteur et soumis à un champ électrique continu suffisamment intense. Nous nous intéressons aux effets de cette électrorotation sur les propriétés électriques et mécaniques de suspensions de particules isolantes de Polyméthyl méthacrylate (PMMA) de 6 à 200 micromètres de diamètre. Le fluide suspendant est réalisé à partir d’huiles diélectriques minérales ou organiques rendues légèrement conductrices (conductivité voisine de 10-8 S/m) par l’ajout de surfactants (dodécyl benzène sulfonate ou « AOT »). Nous montrons au travers d’un modèle de conduction et de résultats expérimentaux que la rotation de Quincke est responsable d’une augmentation de la conductivité électrique apparente des suspensions. Nous mettons d’autre part en évidence théoriquement et expérimentalement un fort effet électro-rhéologique « négatif » : sous champ électrique des diminutions de viscosité de près d’un ordre de grandeur sont mesurées en géométrie de Couette cylindrique. Une augmentation de débit en rapport est obtenue pour un écoulement de la suspension dans un canal rectangulaire de 1mm d’épaisseur. Ce dernier effet existe aussi, plus modeste, dans un canal de 200 micromètres d’épaisseur démontrant la possibilité d’utiliser la rotation de Quincke aux échelles de la microfluidique. Diverses observations rapportées (structuration en bandes, décomposition en une phase riche et une phase pauvre en particules,…) et discutées comme autant de sources d’écart à la théorie ou de pistes pour de nouvelles études (structures en chevrons, écoulements auto-entretenus).

  • Titre traduit

    Quincke rotation in suspensions


  • Résumé

    Quincke rotation is the spontaneous rotation of an insulating object immersed in a slightly conducting fluid and subjected to a high enough DC electric field. We are interested in this electroration’seffects on electrical and mechanical properties of suspensions of insulating particles of Polyméthyl méthacrylate (PMMA) with a diameter form 6 to 200 microns. The suspending fluid is made of dielectric mineral or organic oils made weakly conductive (conductivity around 10-8 S/m) adding surfactants (dodécyl benzène sulfonate sait “AOT). We show through a conduction model and experimental results that Quicke rotation is responsible for an increase of the apparent electrical conductivity of the suspensions. We also put in evidence theoretically and experimentally a strong “negative” electrorheological effect under DC electric field, viscosity decreases of about an order of magnitude is measured in a cylindrical Couette geometry. An increase of the flow rate of the same order is obtained for the suspension flowing in a rectangular cross section channel of one millimetre in thickness. This last effect also exists, more modest in a channel of 200 micrometers in thickness demonstrating the possible use of Quincke rotation on the microfluide scale. Various observations are reported (stripes structuration, decomposition into one phase with a high density and one phase with a low density of particles,…) and discussed as many origins for discrepancies between experiment and theory or ways for new studies (quincunx structures, self-maintened flows).

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Informations

  • Détails : 1 vol. (182 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 177-182. Résumés en français et en anglais

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  • Bibliothèque : Université Nice Sophia Antipolis. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 06NICE4097
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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 06NICE4097bis
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