Solidification de suspensions : des forces de répulsion nanométriques aux effets de milieux poreux ou granulaires
Résumé
La solidification d’un mélange de particules et de fluide, i.e. de suspensions, concerne de nombreuses situations apparemment très diverses : la physique des sols, l’industrie alimentaire, la cryobiologie, ou la fabrication de matériaux. Elle met en jeu des effets mécaniques conséquents induits par une interaction thermomoléculaire nanométrique entre un front de solidification et un solide. Ceci conduit à des réorganisations de particules et à des mouvements de fluides notables qui peuvent bouleverser les systèmes. Pour autant, la modélisation globale de ces phénomènes reste encore embryonnaire, sans doute du fait de la large gamme d’échelles entre leur origine nanométrique et leurs effets centimétriques ou métriques.
Dans un dispositif de solidification dirigée en lames minces, nous étudions la formation d’un amas de particules au devant d’un front plan en croissance. L’objectif est de déterminer, sur cette situation modèle, la chaîne de phénomènes liant la force de répulsion entre front et particules et la taille de l’amas induit. Outre les forces thermomoléculaires, cela met en jeu des effets hydrodynamiques dans les poreux (lubrification, dissipation) et des phénomènes de matériaux granulaires (compactage dense, effet Janssen, cristallisation …).