Abstract FR:

L'hydrodynamique d'un système d'agitation est très dépendante, quantitativement et qualitativement, de la nature rhéologique des fluides impliqués dans le procédé. Dans ce travail, on étudie le cas de fluides viscoplastiques très visqueux dans un système d'agitation classique: une cuve cylindrique et un agitateur ancre. Le cas du ruban hélicoi͏̈dal est également abordé. On s'intéresse aux écoulements laminaires, incompressibles et isothermes. La première partie de ce travail est consacrée à une approche numérique effectuée à l'aide d'un code industriel ('Fluent'). Le seuil d'écoulement lié au comportement viscoplastique est modélisé par une loi théorique de Bingham. Dans un premier temps, une étude sur l'écoulement de Couette entre cylindres coaxiaux permet de tester la validité et les limites des modèles adoptés pour approcher cette loi. On développe également une étude analytique de la puissance consommée et de la validité d'une extension de la loi de Metzner et Otto. Les résultats obtenus sont ensuite utilisés pour réaliser l'étude du système d'agitation en géométrie bi- puis tri-dimensionnelle. Les champs de vitesse sont analysés. On montre que l'existence d'un seuil, caractérisé par le nombre de Hedström, peut conduire à une quasi-immobilisation de larges zones à l'intérieur du système d'agitation. Les effets croisés de l'inertie et de la viscoplasticité sont étudiés. Une application au mélange est proposée. La deuxième partie de ce travail est consacrée à une approche expérimentale. Des mesures du champ de vitesse dans une section horizontale de la cuve ont été réalisées par vélocimétrie par images de particules (PIV). L'étude a été faite en fluide newtonien (solutions de glucose) et en fluide viscoplastique (solutions de Carbopol). Des glissements à la paroi ont été observés et annulés par l'adjonction de rugosités sur la cuve. Une comparaison avec les résultats numériques est ensuite effectuée et analysée.