Transport de particules en milieux poreux modèles : rôle de la viscoélasticité du fluide suspendant

par Youness Soumane

Projet de thèse en MEP : Mécanique des fluides Energétique, Procédés

Sous la direction de Hugues Bodiguel.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire Rhéologie et Procédés (laboratoire) depuis le 30-09-2018 .


  • Résumé

    Lorsque des suspensions de particules solides s'écoulent dans un milieu poreux, elles peuvent s'accumuler dans certaines régions de l'écoulement et conduire à du colmatage. Pour ce projet, nous avons l'ambition de décrire et de comprendre ce phénomène en utilisant une approche du type micromodèle. Pour cela, des milieux poreux modèles à deux dimensions seront fabriqués en utilisant des techniques microfluidiques. Grâce à des observations directes et à de l'analyse d'image, nous serons capables de suivre les trajectoires des fluides et de déterminer le champ de concentration. Dans une deuxième phase du projet, nous étudierons une stratégie pour limiter ou retarder l'accumulation de particules, qui consiste à remplacer le fluide suspendant par un liquide (faiblement) viscoélastique. Au contraire des liquides Newtoniens à bas nombre de Reynolds, ces fluides – typiqement des solutions de polymères - mettent en jeu des forces additionnelles dans la direction transverse à l'écoulement, qui induisent une migration des particules perpendiculairement aux lignes de courant. Lorsqu'on augmente les forces viscoélastiques (nombre de Weissenberg), on s'attend également à l'apparition d'instabilités et de turbulence viscoélastiques, qui devraient également modifier les trajectoires des particules. L'objectif de la thèse est d'étudier le rôle de la viscoélasticité sur le transport de particules dans des géométries beaucoup plus complexes qui miment les milieux poreux désordonnés. On comparera les champs de concentration et les trajectoires des particules avec celles obtenues avec des fluides Newtoniens, afin de pouvoir conclure si des fluides viscoélastiques peuvent être utilisés pour limiter l'accumulation de particules et les phénomènes de colmatage.

  • Titre traduit

    Particle transport in model porous media : role of suspending fluid viscoelasticity


  • Résumé

    When suspensions of solid particles flows in a porous media, some particle accumulations can occur in some regions of the flow which eventually lead to clogging. During this project, we aim at describing and understanding this phenomenon using a micromodel approach. Transparent two dimensional models of porous media will be fabricated using microfluidics techniques. Thanks to direct observation and image analysis, we will be able to follow particle trajectories and to map the concentration field. In a second step, we will investigate a strategy to prevent or delay particle accumulation and clogging, which consists in using for the suspending liquid a viscoelastic one. Contrary to low Reynolds numbers Newtonian fluids, these fluids – typically polymer solutions - exhibit additional forces in the transverse directions, which induce cross-streamline particle migration. Increasing the viscoelasticity further (Weissenberg number), one also expect onsets of viscoelastic instabilities and turbulences which will strongly affect particle trajectories. The objective of the PhD project is to investigate the role of the fluid viscoelasticity on particle transport in complex geometries mimicking a porous media. Comparison of the concentration field with the one acquired using Newtonian fluids will be done systematically, in order to conclude whether viscoelastic fluids could be used to prevent clogging phenomena in porous media.