Les écoulements de particules en solutions viscoélastiques sont impliqués dans des applications géologiques, biologiques et industrielles. Récemment, plusieurs études ont révélé que les trajectoires des particules étaient affectées par l'élasticité de la solution porteuse. En particulier, de la migration transverse, perpendiculaire aux lignes de courant, a été reportée due à un gradient de taux de cisaillement dans l'écoulement [1,2]. La compréhension fine de ce phénomène devrait nous permettre de manipuler et contrôler le déplacement d'objets en écoulements confinés, et réciproquement, de mesurer des propriétés viscoélastiques de solutions faiblement élastiques.

Dans ce projet, nous souhaitons mieux décrire et comprendre le phénomène de migration qui a été reporté afin de mesurer des propriétés viscoélastiques. Dans ce but, nous avons développé une technique de suivi de particules (PTV) en 3 dimensions sous microscope optique classique. Ainsi, nous avons réussi à mesurer des vitesses de migration dans des solutions diluées de polyacrylamide pour différentes tailles de particules (5 et 10 µm), dans des capillaires rectangulaires de 50 µm de profondeur, et pour différents taux de cisaillement (0 à 100 s-1) [3].

Notre but est de corréler ces vitesses de migration avec des mesures directes des propriétés rhéologiques des solutions (ex : viscosité, temps de relaxation, forces normales...). Nos solutions étant faiblement viscoélastiques, les mesures avec des rhéomètres rotatifs classiques ne sont pas efficaces. Nous avons alors utilisé une méthode de rhéométrie élongationnelle permettant de mesurer des temps de relaxation inférieurs à 1 ms. Ces différentes données nous servent de paramètres d'entrée à des simulations Lattice Boltzman que nous avons développées pour modéliser la migration viscoélastique et comparer nos résultats expérimentaux.

Ensuite, nous avons soumis les particules à un champ électrique afin de les ralentir dans l'écoulement et ainsi modifier les forces normales agissant sur la bille. Cette technologie devrait ainsi nous permettre de contrôler la position des particules dans le canal et mesurer les contraintes normales présentes dans l'écoulement.

[1] A. M. Leshansky, A. Bransky, N. Korin, and U. Dinnar, Phys. Rev. Lett. 98, 1 (2007).

[2] G. D'Avino, G. Romeo, M. M. Villone, F. Greco, P. A. Netti, and P. L. Maffettone, Lab Chip 12, 1638 (2012).

[3] A. Naillon, C. de Loubens, W. Chèvremont, S. Rouze, M. Leonetti, and H. Bodiguel, Submitt. ArXiv1812.09505v1 (n.d.).