Dynamique de particules dans les écoulements rotationnels complexes pour des procédés plus durables

Le transport et l'organisation spatiale des particules dans les écoulements rotatifs jouent un rôle important dans de nombreux processus impliquant le mélange, la dispersion, la séparation et la fabrication de matériaux particulaires. L'écoulement de Taylor-Couette offre un système bien contrôlé pour l'étude de ces processus, car il présente une riche séquence de structures d'écoulement sur une large gamme de conditions de fonctionnement. Parmi celles-ci figurent l'écoulement laminaire azimutal de Couette, les tourbillons de Taylor stables, les tourbillons ondulés et modulés, les états tourbillonnaires chaotiques et faiblement turbulents, et enfin la turbulence pleinement développée. Ces transitions peuvent fortement influencer la migration, la dispersion et l'accumulation préférentielle des particules, et offrent ainsi des possibilités de contrôler la distribution et l'organisation de la phase particulaire. La transition des écoulements rotationnels de fluides complexes comme les suspensions n'est pas encore bien maîtrisée. L'objectif de cette thèse est de combler cette lacune en proposant une explication mécanistique de la dynamique des suspensions dans un dispositif de Taylor-Couette (espace étroit entre deux cylindres). Dans un système de Taylor-Couette contenant un fluide pur et au moins un cylindre en rotation, la progression d'un écoulement laminaire avec des lignes de courant parallèles, en passant par des régimes de tourbillons de Taylor stables ou instables, jusqu'à une turbulence pleinement développée, est contrôlée par l'interaction entre les forces d'inertie, de viscosité et celles induites par la courbure. Les particules en suspension peuvent modifier cette transition et la structure d'écoulement qui en résulte : la transition entre les régimes d'écoulement est altérée, et des régimes supplémentaires peuvent apparaître [5], en fonction de la taille et de la concentration des particules. Ce projet de thèse s'appuiera sur des simulations numériques et des expériences afin de comprendre les mécanismes influant sur la modulation de la transition entre les régimes d'écoulement et, en fin de compte, sur l'apparition de la turbulence, en lien soit avec des aspects rhéologiques, soit avec des perturbations de taille finie induites par les particules. Cette démarche permettra d'aborder un troisième aspect essentiel à une application plus large, à savoir la validation de la théorie et de la modélisation de la mécanique des fluides multiphasiques, incluant de nombreux éléments de compréhension de la rhéologie et de son couplage avec la mécanique des fluides. École doctorale : MEGEP - Mécanique, Energétique, Génie civil, Procédés Direction : Micheline ABBAS Financement : MSCA COFUND BEST