Etude du transport incohérent de lumière en milieu anisotrope : application à l'étude des fluides complexes

par Nadjim Moumini

Thèse de doctorat en Mécanique et énergétique

Sous la direction de Michel Lebouché et de Christophe Baravian.

Soutenue le 16-04-2010

à Nancy 1 , dans le cadre de EMMA , en partenariat avec LEMTA (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Paul Decruppe.

Le jury était composé de Michel Lebouché, Christophe Baravian, Christian Wagner, Jean-Paul Decruppe, Laurent Michot, Jérôme Crassous, Alan Parker.

Les rapporteurs étaient Christian Wagner, Jérôme Crassous.


  • Résumé

    Pour construire le lien entre l'organisation structurale des milieux dispersés concentrés et leurs propriétés mécaniques, il est nécessaire de pourvoir identifier leur structure à l'échelle microscopique. En particulier, il faut être capable mesurer la taille des particules ou des amas de particules, leur concentration et les éventuelles anisotropies liées à une déformation ou une orientation (globale ou partielle) dans le cas de particules anisotropes (fibres par exemple) ou déformables (émulsions, globules rouges,...). La difficulté majeure est que ces systèmes composés de particules micrométriques sont généralement opaques à la lumière visible (produits agroalimentaires tels que les laitages, fluides biologiques tels que le sang, matériaux liés au bâtiment tels que les ciments, les argiles ou les peintures,...). Nous avons ainsi mis au point une technique optique basée sur la diffusion multiple de la lumière. Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons plus particulièrement à la caractérisation des milieux constitués d'objets anisotropes. Sous l'action d'un champ de cisaillement, on observe une orientation privilégiée ou une déformation globale des particules. L'objectif de cette thèse est donc à la fois d'étudier les mécanismes qui sont à l'origine de la déformation et/ou l'orientation des particules et également de mesurer ces anisotropies à l'échelle microscopique. On s'appuie pour mener cette étude sur un dispositif développé au laboratoire basé sur le transport incohérent de lumière couplé à un rhéomètre. Il s'agit d'un dispositif constitué d'une source laser focalisée à la surface d'un échantillon et d'une caméra CCD permettant l'acquisition d'une image rétrodiffusée loin du point d'impacte du laser. Parallèlement, une base de données de simulation de Monte Carlo est en cours de réalisation permettant par analyse des images rétrodiffusées anisotropes, de remonter à l'information sur l'anisotropie réelle des particules (facteur de forme) leur champ d'orientation (paramètre d'ordre). En effet, en confrontant les données expérimentales aux données numériques, nous sommes en mesure de déterminer le taux d'orientation moyen de particules très anisotropes ou de caractériser la déformation des particules. Une application à la déformation des rouges sous cisaillement pour du sang en concentration physiologique (40 à 50% en volume) sera présentée. D'autres applications, notamment à l'endommagement des plastiques et à l'orientation de suspensions de fibres seront discutées

  • Titre traduit

    Incoherent light transport in anisotropic media : application to fluids complex


  • Résumé

    To build the link between the structural organization between concentrated dispersions and their mechanical properties, you have to be able to identify their microscopic structure. In particular, for anisotropic particles (fibbers for example) or deformable particles (emulsions, red blood cells...), the knowledge of the particle size, the concentration, the deformation or the orientation of particles (partial or global) are very important. Most of concentrated dispersions are generally opaque to visible light (biological fluids as blood, clays...). An optical diffusing method based on multiple diffusion light has been developed in the laboratory to study this kind of materials. In this thesis, we are interested in the general problem of characterizing concentrated dispersions with anisotropic objects. Under shear rate, a preferential orientation or a global deformation of particles has been observed. The objective of this thesis is to study the mechanisms which involve deformation and/or orientation of anisotropic particles. An experimental device based on the incoherent light transport has been developed at the laboratory in order to determine the orientation or the deformation. The experimental device is composed of a focused laser diode and a CCD camera to acquire the backscattered images. A data base of Monte Carlo simulation has been created in order to get the form factor or the orientation of particles by analyse of anisotropic backscattered images. By comparing the numerical data with the experimental data, we are able to determine the average rate of orientated particles. Thanks to this optical diffusing method, the deformation of red blood cells in physiological concentration (40 to 50% volume fraction) and the orientation of fibbers dispersion has been study


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