Rhéologie et écoulement de fluides chargés : application aux réseaux d'assainissement urbains : étude expérimentale et modélisation

Rheology and pipe flow of complex fluids : urban application : experimental study and modeling

• Auteur / Autrice : Abdelhakim Benslimane
• Direction : Karim Bekkour
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 17/12/2012
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique des fluides et des solides (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Dominique Dupuis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cherif Nouar, Albert Magnin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effets de la température

Rhéologie

Bentonite

Mots clés libres

Rhéologie

Ecoulement en conduite

Bentonite

Carboxymethyl cellulose

Ajout de polymère

Fluides non-Newtoniens

Effet de la température

Rheology

Urban application

Complex fluids

Pipe flow

Carboxymethyl cellulose

Effect of temperature

Résumé

Ce travail est une contribution expérimentale à l’étude rhéologique et en écoulement de fluides complexes (à seuil et thixotropes) transitant dans un circuit hydraulique. Il s’agit notamment de suspensions de bentonite ainsi que des complexes bentonite/polymère. L’étude porte sur l’évolution des pertes de charge et des champs de vitesse et se situe en régime laminaire, transitoire et turbulent. L’étude a été réalisée en utilisant un vélocimètre ultrasonore Doppler pulsé développé au laboratoire. Dans la première partie expérimentale de la thèse, des mesures rhéologiques et en écoulement ont été effectuées sur des suspensions de bentonite pures (sans additifs) à différentes concentrations. A partir des essais sur boucle hydraulique, une étude détaillée est présentée sur l’évolution des coefficients de frottement et des profils de vitesse pour les différents régimes d’écoulement. Dans une seconde partie, une suspension de bentonite pure et des mélanges bentonite/CMC à différentes concentrations massiques ont été étudiées en termes de comportement rhéologique et hydrodynamique en écoulement en conduite. En ce qui concerne les mesures effectuées en boucle hydraulique, il a été montré que le polymère a des propriétés viscosifiantes en régime laminaire. Par contre, en régime turbulent, le polymère agit comme un réducteur de frottement. La dernière partie de la thèse a été consacrée à l’étude de l’influence de la température sur le comportement rhéologique des solutions de polymère et des mélanges argile/polymère. Les mesures rhéologiques à différents paliers de températures ainsi que les balayages en température ont mis en évidence le caractère thermodépendant des dispersions.

This experimental work is a contribution to the study of rheological and pipe flow proprieties of complex fluids (yield stress and thixotropic). Bentonite suspensions and mixtures containing bentonite and carboxymethyl cellulose were investigated. The axial velocity distribution was determined using ultrasonic pulsed Doppler velocimetry technique. In the first experimental part of the thesis, rheological and pipe flow measurements were performed for pure bentonite suspensions at different concentrations. A detailed study is presented on the evolution of the friction factors and velocity profiles for different flow regimes. In a second part, suspension of bentonite and mixtures of bentonite / CMC at different mass concentrations of polymer were studied in terms of their rheological and hydrodynamic flow behavior. It was shown that the polymer has viscosifying properties in laminar regime. However, in the turbulent regime, the polymer acts as a friction reducer. The last part of the thesis was devoted to the study of the effect of temperature on the rheological behavior of polymer solutions and mixtures of clay / polymer. The rheological measurements at different temperatures showed a thermodependent character of the different fluids.