LMA - Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique

[2022 - Stage M2 ou Ingénieur] Les ultrasons pour sonder la microstructure des suspensions denses —> POSTE POURVU !

Encadrement :
Emilie Franceschini, LMA UMR 7031 email : emilie.franceschini@univ-amu.fr
Laurence Bergougnoux, IUSTI UMR 7343 email : laurence.bergougnoux@univ-amu.fr

Contexte : Les fluides complexes abondent autour de nous que ce soient les fluides biologiques (sang, mucus), les boues d’érosion ou les pâtes industrielles. Du point de vue théorique, la caractérisation de ces milieux est confrontée d’une part à l’extrême diversité de dimension et forme des particules qui les composent, et d’autre part au couplage entre les échelles macroscopique et microscopique : la distribution spatiale des particules (i.e. l a microstructure de la suspension ) contrôle l’écoulement du fluide, mais l’écoulement (macroscopique) rétroagit et modifie cette microstructure. Du point de vue expérimental, la caractérisation de ces milieux nous amène à développer de nouveaux outils. En effet, l’utilisation de méthodes d’imagerie optique est limitée à des suspensions diluées ou à des suspensions concentrées transparentes (grâce à une technique iso-indice) qui sont peu représentatives des suspensions présentes dans l’environnement, l’industrie ou les fluides biologiques. Notre approche est de développer et valider un outil ultrasonore pour sonder la microstructure des suspensions pour lesquelles les techniques optiques ne sont plus envisageables. Le principe est basé sur la mesure US du facteur de structure, qui est lié à la transformée de Fourier de la fonction de corrélation de paires. Pour mesurer le caractère anisotrope de la microstructure, nous avons développé un dispositif expérimental de mesures ultrasonores selon plusieurs angles d’insonification (Fig. 1a). Pour des suspensions denses cisaillées, il existe, à l’échelle du grain, une région déplétée en particules dont nous observons pour la première fois la signature ultrasonore (Fig.1b). Pour les suspensions denses mélangées "à la main", nous avons vérifié que cette signature est isotrope (Fig.1c).

Figure 1 (a) Schéma du dispositif de Couette combiné à un transducteur ultrasonore pour sonder la suspension suivant plusieurs angles d’insonification β et à une nappe laser pour visualiser la microstructure. (b-c) Facteurs de structure mesurés par ultrasons pour différents angles β pour une même suspension de particules (b) cisaillée et (c) mélangée "à la main". (d) Photo du dispositif expérimental et visualisation de l’arrangement spatial des particules au sein d’une suspension iso-indice.

Objectifs :
Le(la) stagiaire de Master aura pour objectif de mener conjointement sur ce dispositif de Couette des mesures ultrasonore et optique sur des suspensions denses, l’imagerie optique servant de mesure de référence. Les suspensions consisteront en des sphères rigides de PMMA ou déformables de PDMS dans un fluide suspendant ajusté en indice de réfraction avec les particules (Fig.1d), ce qui permettra la détermination optique de la fonction de corrélation de paires. La confrontation ultrasons/optique permettra de valider l’outil ultrasonore pour caractériser la microstructure des suspensions, et envisager à terme la caractérisation et l’étude de la microstructure des suspensions opaques de particules déformables (globules rouges), pour lesquelles la rhéologie est encore mal comprise.

Les travaux seront réalisés au LMA dans l’équipe Ondes et Imagerie et à l’IUSTI dans l’axe Milieux Divisés et Fluides Complexes sous la direction de Emilie Franceschini (LMA) et Laurence Bergougnoux (IUSTI). Le projet est en collaboration avec le laboratoire INPHYNI à Nice (Frédéric Blanc et Elisabeth Lemaire)

Profil :

Le candidat recherché aura des compétences en physique, mécanique des fluides et/ou acoustique, une bonne maitrise de la programmation Matlab ou Python et un intérêt pour l’expérimental.

- Durée du stage : 4 à 6 mois à partir de février 2022
- Gratification : 600 €/ mois
- Possibilité de poursuite en thèse : oui, suivant le classement à l’école doctorale (si bourse ministérielle)

[1] Blanc, Lemaire, Meunier, Peters, Microstructure in sheared non-brownian concentrated suspensions, Journal of rheology 57 (2013)
[2] Lombard, Rouyer, Debieu, Blanc, Franceschini, Ultrasonic backscattering and microstructure in sheared concentrated suspensions, J. Acoust. Soc. Amer. 147 (2020)

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