Thèse Rhéologie de Suspensions Renforcées par des Fibres. H/F - Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes
École doctorale : Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
Laboratoire de recherche : Fluides, Automatique et Systèmes Thermiques
Direction de la thèse : Georges GAUTHIER
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-21T23:59:59

Cette thèse de doctorat vise à étudier le comportement rhéologique des suspensions de particules solides auxquelles est ajoutée une petite quantité de fibres. De tels systèmes hybrides sont largement utilisés dans les applications industrielles (matériaux cimentaires, boues composites, etc.) où l'ajout de fibres est connu pour modifier les propriétés mécaniques. Cependant, la description physique de leur comportement rhéologique reste incomplète. Alors que la rhéologie des suspensions de particules et des suspensions de fibres a été largement étudiée séparément, les effets combinés résultant des interactions fibre-particule, de la déformation des fibres, ainsi que l'effet à longue portée des fibres sur le réseau de forces au sein de la suspension, restent mal compris.
Les travaux proposés s'appuieront principalement sur une approche expérimentale. La.e doctorant.e préparera des suspensions modèles composées de particules sphériques dispersées dans un fluide newtonien de même densité et renforcées par des fibres synthétiques de longueur, diamètre et rapport d'aspect contrôlés. Un premier objectif sera de déterminer comment l'ajout de fibres modifie la rhéologie de la suspension de particules de référence. Des mesures systématiques seront effectuées dans des conditions de cisaillement constant et d'écoulement oscillant. Ces expériences mettront en évidence l'influence des fibres - et de leurs propriétés géométriques et mécaniques - sur les réponses mécaniques à l'état stationnaire et transitoire des suspensions de grains-fibres. Ces expériences mettront en évidence l'influence des fibres, ainsi que de leurs propriétés géométriques et mécaniques, sur les réponses en écoulements permanent et transitoire des suspensions de grains et de fibres. Des essais complémentaires seront réalisés dans des écoulements extensions, où la dynamique d'amincissement et de pincement des filaments permettra de mieux comprendre la viscosité extensionnelle de la suspension. En explorant un large éventail de paramètres, la.e candidat.e proposera des lois constitutives empiriques qui décrivent la contribution des fibres à la viscosité effective et au comportement rhéologique dynamique de la suspension.
Une partie complémentaire du projet sera dédié au lien entre la rhéologie macroscopique et la microstructure de la suspension. Pour ce faire, la thèse utilisera des techniques d'adaptation d'indice optique afin de rendre le mélange transparent et de permettre la visualisation directe des fibres sous cisaillement ou pendant l'amincissement des filaments. L'imagerie à haute vitesse ou haute résolution sera utilisée pour caractériser l'alignement des fibres, leur déformation et leurs interactions avec les particules. Ces observations permettront de clarifier les mécanismes influençant le cisaillement et la réponse extensionnelle et d'étayer l'interprétation des lois empiriques établies précédemment dans le cadre du projet.

La thèse prend place dans la thématique plus large de l'étude du comportement des milieux granulaires et suspensions en écoulement développée au laboratoire FAST.

Obtenir une meilleure compréhension du comportement des suspensions de particules enrichies en fibres.

Utilisation de rhéomètres, Analyse d'images, Adaptation d'indice optique.

Le candidat retenu aura une solide formation en mécanique des fluides, en physique de la matière molle ou dans des domaines connexes, et un intérêt marqué pour les travaux expérimentaux. Des compétences en rhéométrie et en analyse d'images seraient appréciées, mais ne sont pas obligatoires. Ce projet de doctorat sera mené au sein du laboratoire FAST de l'université Paris-Saclay, qui bénéficie d'une expertise locale en rhéologie des suspensions et des mélanges grains-fibres.