Les suspensions denses de particules solides sont présentes dans plusieurs applications industrielles, médicales, biologiques et géologiques. Lorsque l'écoulement se passe dans un milieu poreux ces particules peuvent s'accumuler dans certaines régions et former des bouchons. Les études récentes de ce phénomène de colmatage s'intéressent plus spécifiquement à l'analyse des bouchons à l'échelle du pore. Elles constituent un point de départ dans la compréhension de ce phénomène, à travers des modèles de pores et des structures imitant un support poreux tels que des simples constrictions [1].

Nous cherchons à décrire et mieux comprendre ce phénomène en utilisant une approche de type micromodèle. Pour ce faire, nous fabriquons des milieux poreux modèles à deux dimensions en utilisant des techniques microfluidiques. Les suspensions étudiées sont constituées de particules sphériques de PMMA de diamètre 6 µm, marquées en fluorescence [2] et dispersées dans un fluide suspendant newtonien de même indice de réfraction et de même densité que les particules [3]. Les suspensions sont injectées dans le milieu poreux à débits fixés. La microscopie de fluorescence permet de suivre localement et quantitativement la concentration en particule. Par ailleurs, la mesure simultanée de la différence de pression permet de suivre de manière globale le phénomène de colmatage au cours du temps.

Nous observons, en fonction des débits utilisés et des concentrations en particules un phénomène d'accumulation, caractérisé par une augmentation progressive de la fraction volumique des particules dans certaines régions du micromodèle. Qualitativement, il s'agit, comme on s'y attend, de régions situées en amont de constrictions importantes, ou de zones où l'écoulement est relativement lent. Parallèlement, nous observons une augmentation de la différence de pression, qui s'accentue au fur et à mesure du blocage des pores. Des études plus quantitatives sont actuellement en cours afin de corréler la dynamique de colmatage avec les caractéristiques locales du milieu.

Afin de hiérarchiser les différents facteurs géométriques conduisant à ces phénomènes d'accumulation et de bouchage, nous avons également réaliser des expériences sur des géométries simplifiées à l'échelle de quelques pores individuels. Ces dispositifs permettent de montrer que des phénomènes de migration vers les zones de faibles cisaillement participent au phénomène, accentuant le rôle des constrictions.

[1] Alvaro Marin, Henri Lhuissier, Massimiliano Rossi, Christian Kähler. Clogging in constricted suspension flows. Physical Review E , American Physical Society (APS), 2018, 97 (2), pp.21102.

[2] Carpentier, C. E. (2013). Three-dimensional visualization of contact networks in granular material.

[3] S. Wiederseiner, N. Andreini, G. Epely-Chauvin, C. Ancey. Exp Fluids (2011) 50:1183–1206.