Viscoelastic fluids and soft solids

Nous avons appliqué notre approche par inférence à des agrégats cellulaires magnétiques (figure : signal de contrainte en gris, signal et prédictions de déformation en courbes) afin de déterminer le meilleur modèle rhéologique non linéaire en une seule expérience. Un agrégat cellulaire est soumis à une contrainte mécanique variant de manière complexe (courbe grise sur la figure). En réponse à cette contrainte, l’agrégat se déforme selon la courbe noire. Un comportement de type loi d’échelle (ou intégrale fractionnaire), obtenu par une méthode linéaire classique, fournirait pour ce même signal de contrainte la prédiction de déformation en pointillé bleu. À l’inverse, l’inférence d’équation suggère un modèle fractionnaire non linéaire qui génère une prédiction nettement plus fidèle (ligne rouge). Grâce à la richesse du signal de sollicitation, un travail sur les données mesurées permettent de raffiner le modèle rhéologique sans refaire l’expérience.

Référence : “All-in-one rheometry and nonlinear rheology of multicellular aggregates”, Gaëtan Mary et al. Phys. Rev. E 105 (2022). Article sur HAL.

En utilisant les systèmes micellaires servant de référence dans la littérature, nous montrons que les instabilités élastiques sont omniprésentes bien que souvent ignorées et ont un impact considérable sur la structure de l’écoulement et la caractérisation de l’état microstructural du système.

Référence : “Shear banding in wormlike micelles: Beware of elastic instabilities“, M. A. Fardin, L. Casanellas, B. Saint-Michel, S. Manneville, S. Lerouge, Journal of Rheology (2016)

La richesse des propriétés non linéaires de micelles géantes conduit à des transitions de structure sous écoulements qui sont à l’origine d’instabilités hydrodynamiques pilotées par l’élasticité. Nous proposons ici une synthèse des travaux réalisés au laboratoire sur ce sujet.

Référence : “Flow of wormlike micelles : From shear banding to elastic turbulence”, S. Lerouge, Science Talks (2022)  

En combinant expériences, simulations et modèle analytique, nous montrons qu’un écoulement secondaire, d’origine purement élastique se développe en géométrie de Taylor-Couette confinée invalidant l’hypothèse viscosimétrique et modifiant les seuils d’instabilité dans ces conditions.

Référence : “Secondary flows due to finite aspect ratio in inertialess viscoelastic Taylor–Couette flow“, M. Davoodi, S. Lerouge, M. Norouzi, R.J. Poole, JFM (2018)  

Les micelles géantes présentent une analogie formelle avec les solutions de polymères mais possèdent des propriétés non linéaires bien plus riches. Nous montrons pour la première fois que des écoulements turbulents se développent également dans ces systèmes en l’absence d’inertie et sous certaines conditions.

Référence : “Elastic turbulence in shear banding wormlike micelles“, M.A. Fardin, D. Lopez, J. Croso, O. Cardoso, G. Grégoire, G.H. McKinley, S. Lerouge,
Phys. Rev. Lett. (2010)

À l’aide de visualisations optiques, nous caractérisons la cinétique de formation de la structure de bandes et sa dynamique spatio-temporelle.

Référence : “Shear-banding fluid(s) under time-dependent shear flows. Part I : Spatiotemporal dynamics“, A. Briole, L. Casanellas, M.-A. Fardin, C. Py, O. Cardoso, J. Browaeys, S. Lerouge, Journal of Rheology (2021)  

En suivant la croissance des bandes de cisaillement à travers la formation de l’interface entre ces bandes, nous montrons que les critères d’existence des bandes établis théoriquement indépendamment de la microstructure du système complexe ne sont pas universels.

Référence : “Shear-banding fluid(s) under time-dependent shear flows. Part II : A test of the Moorcroft–Fielding criteria“, A. Briole, L. Casanellas, M.-A. Fardin, C. Py, O. Cardoso, J. Browaeys, S. Lerouge, Journal of Rheology (2021)  

Une revue expérimentale et théorique sur l’importance des effets non locaux dans l’écoulement en bandes de cisaillement des systèmes polymériques.

Référence : “Non-local Effects in Shear Banding of Polymeric Flows“, S. Lerouge, P. D. Olmsted, Frontiers in Physics (2020)  

Une revue synthétique montrant similitudes et différences entre les écoulements en bandes de cisaillement dans les systèmes polymériques et les matériaux vitreux mous.

Référence : “Shear banding of complex fluids“, T. Divoux, M.-A. Fardin, S. Manneville, S. Lerouge, Annual Review of Fluid Mechanics (2016)  

En visualisant l’écoulement de Taylor-Couette dans un plan perpendiculaire au plan d’écoulement, nous avons montré que l’écoulement en bandes de cisaillement dans les micelles géantes n’est pas unidimensionnel : il est instable et organisé en rouleaux toroïdaux étagés suivant la vorticité et localisés dans la bande où le cisaillement est localisé.

Référence : “Taylor-like vortices in shear banding flow of giant micelles“, M.-A. Fardin, B. Lasne, O. Cardoso, G. Grégoire, M. Argentina, J.P. Decruppe, S. Lerouge, Phys. Rev. Lett. (2009)