Rupture des agrégats par un écoulement extensionnel – AgregEx

"Ce projet associe une étude fondamentale de la rupture d'un agrégat de poudre dans un fluide, et l'application de cette étude à l'optimisation d'un nouveau mélangeur statique.
Notre but est de mettre au point un mélangeur statique à partir de la compréhension fine du rôle de la dissolution du gaz piégé dans l'agrégat et de celui de la géométrie de l'écoulement, dans la cinétique de dissociation de la poudre.

Le principal objectif de ce projet est de comprendre la cinétique de dissociation d'une poudre dans un fluide. Deux aspects de cette dissolution seront étudiées : la cinétique de l'infiltration du solvant dans les agrégats et la rupture de ces agrégats sous l'action d'un champ de déformation de cisaillement ou élongationnel. Nous appliquerons les résultats fondamentaux que nous aurons obtenus à l'amélioration du design et du protocole de mise en œuvre d'un mélangeur statique dédié à la dispersion d'une poudre solide dans une matrice fluide (RMX), déjà développé par l'un des participants de ce projet.
Dans une première partie, nous étudierons la cinétique de dispersion de poudres d'un point de vue fondamental. Elle implique plusieurs phénomènes :
la dissolution dans la phase fluide du gaz piégé dans les agrégats de poudre,
la rupture mécanique des agrégats.

Les agrégats seront préparés sous pression contrôlée et nous étudierons l'influence de la viscosité de la matrice continue et de la pression de gaz piégé, sur la cinétique d'infiltration des agrégats par le solvant.
Dans une seconde partie, nous mesurerons la force nécessaire pour rompre un agrégat, et étudierons en particulier l'efficacité relative d'une déformation de cisaillement et d'une déformation élongationnelle. Dans ce but, nous construirons une cellule transparente de cisaillement contra-rotatif et une cellule originale d'écoulement élongationnel avec un processus de feed-back sur l'écoulement permettant de piéger un agrégat au point stationnaire de l'écoulement, afin de permettre l'observation de leur rupture sous l'effet de l'écoulement.
Enfin, nous appliquerons les résultats que nous aurons obtenus dans cette étude fondamentale à l'amélioration du design et de la mise en œuvre d'un nouveau mélangeur statique (RMX) développé par l'un des partenaires de ce projet. Le RMX est basé sur une l'application d'une succession de cycles d'écoulements convergents/divergents élongationnels par les passages successifs du système à mélanger à travers l'élément statique du mélangeur. Le système est alternativement poussé par deux pistons d'une chambre à une autre du mélangeur, à travers un élément de mélange statique. Une séquence de mélange est définie par la vitesse du piston, le nombre de cycles, et une expérience peut être composée de plusierus séquences successives à différentes vitesses. D'une part, nous modifierons le RMX de façon à pouvoir effectuer les mélanges poudre/matrice visqueuse sous pression contrôlée. D'autre part, nous mettrons au point de nouveaux éléments statiques du mélangeur dans lesquels nous optimiserons les rôles respectifs des écoulements élongationnels et de cisaillement."