Foam or emulsion: generic rheological model with large elastic deformations

An elasto-visco-plastic model for immortal foams or emulsions
Sylvain Bénito, Charles-Henri Bruneau, Thierry Colin, Cyprien Gay, and François Molino. (contacts)
Eur. Phys. J. E 25 225-­251 (2008).
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Abstract / Résumé

Un certain nombre de fluides complexes sont composés d'objets mous et ronds (mousses, émulsions, assemblées de micelles de copolymères ou de vésicules multilamellaires — ou ognons). Leur arrangement dense induit un léger écart à leur forme préférée, circulaire ou sphérique. En tant qu'assemblée frustrée d'objets en interaction, un tel matériau passe d'une conformation à une autre par une succession d'événements topologiques discrets, occasionnés par des forces extérieures d'intensité finie. Il s'ensuit que le matériau présente un seuil de fluage fini. En général, les objets individuels évoluent spontanément (diffusion des colloïdes, coalescence des objets, diffusion moléculaire), et les propriétés du matériau sous contrainte faible ou nulle peuvent évoluer dans le temps — un phénomène appelé vieillissement. Nous négligeons ces effets et considérons le comportement plus simple de fluides immortels (et peu fréquents) : nous construisons un modèle rhéologique minimal, entièrement tensoriel, équivalent au modèle (scalaire) de Bingham. On notera que le modèle décrit de manière cohérente la propriété qu'ont ces matériaux mous de se déformer de manière importante dans le régime élastique (qu'il soit compressible ou non) avant de subir un fluage plastique (incompressible) — ou un écoulement visqueux sous l'effet de contraintes encore plus élevées.

A variety of complex fluids consist in soft, round objects (foams, emulsions, assemblies of copolymer micelles or of multilamellar vesicles — also known as onions). Their dense packing induces a slight deviation from their prefered circular or spherical shape. As a frustrated assembly of interacting bodies, such a material evolves from one conformation to another through a succession of discrete, topological events driven by finite external forces. As a result, the material exhibits a finite yield threshold. The individual objects usually evolve spontaneously (colloidal diffusion, object coalescence, molecular diffusion), and the material properties under low or vanishing stress may alter with time, a phenomenon known as aging. We neglect such effects to address the simpler behaviour of (uncommon) immortal fluids: we construct a minimal, fully tensorial, rheological model, equivalent to the (scalar) Bingham model. Importantly, the model consistently describes the ability of such soft materials to deform substantially in the elastic regime (be it compressible or not) before they undergo (incompressible) plastic creep — or viscous flow under even higher stresses.

Voir aussi / See also

Shear banding in visco-elasto-plastic tensorial model (Eur. Phys. J. E 2012) (HAL(fr) - HAL(en))
Plateau border transition in 2D foams (Eur. Phys. J. E 2011) (HAL)
Note and calculations on dilatancy in 2D foams (note 2010) (HAL)
Positive and negative elastic dilatancy in liquid foams (EPL 2010) (HAL), see also Eufoam 2008
Elasto-visco-plastic continuum model (Eur. Phys. J. E 2008 - 27 pages) (HAL)

Contexte : pour en savoir plus sur la rhéologie d'une mousse / More about foam rheology

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publications/2007foam.txt · Dernière modification: 2018/02/01 10:27 par cgay
 
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