Soutenance de thèse de GEY Lucas
Titre de thèse
Agrégation de fibres dans un écoulement turbulent
Fiber aggregation in a turbulent flow
Résumé de la thèse
Au cours de ma thèse, je me suis intéressé à la formation d'agrégats de fibres dans un écoulement turbulent.
J'ai tout d'abord observé, pour la première fois, la formation d'agrégats de fibres dans un écoulement turbulent de von Kármán au laboratoire.
J'ai caractérisé le domaine d'existence de ces agrégats ainsi que leurs propriétés.
J'ai ainsi mis en lumière que la turbulence joue un rôle double et opposé dans le processus d'agrégation : d'une part, elle augmente le taux de collisions entre les fibres ; d'autre part, elle tend à fragmenter les agrégats.
J'ai également observé une compaction des agrégats ainsi que des statistiques de taille compatibles avec des processus d'agrégation à taux aléatoire, indépendants de la taille des agrégats.
J'ai caractérisé la structure des agrégats en utilisant des mesures de tomographie par rayons X, afin de relier les propriétés du réseau de fibres à la réponse mécanique macroscopique des agrégats.
J'ai ainsi mis en évidence une orientation préférentielle des fibres dans les agrégats et caractérisé le nombre de contacts par fibre.
J'ai de plus réalisé des tests en compression et en traction sur les agrégats.
Cela m'a permis de mesurer un module d'Young effectif des agrégats, compatible avec le modèle de van Wyk et avec des observations précédentes sur des agrégats de fibres de Posidonie.
Enfin, j'ai également étudié le processus de fragmentation des agrégats dans l'écoulement, que j'ai modélisé en soulignant l'importance de leurs collisions avec les disques.
Thesis resume
During my PhD, I investigated the formation fiber aggregates in a turbulent flow.
First I succeeded, for the first time, to form nylon fiber aggregates in a von Kármán turbulent flow in the laboratory.
I characterized both the domain in which these aggregates form and the properties of the resulting aggregates.
I highlighted that turbulence plays a dual and opposing role in the aggregation process: on the one hand, it increases the collision rate between fibers; on the other hand, it tends to fragment the aggregates.
I also observed aggregate compaction and size statistics consistent with aggregation processes governed by random, size-independent rates.
I characterized the internal structure of the aggregates using X-ray tomography measurements, in order to link the properties of the fiber network to the macroscopic mechanical response of the aggregates.
This revealed a preferential orientation of fibers within the aggregates and allowed me to quantify the coordination number.
In addition, I performed compression and tensile tests.
These experiments enabled to measure an effective Young's modulus for the aggregates, consistent with the van Wyk's model and with previous observations on Posidonia fiber aggregates.
Finally, I studied the fragmentation process of aggregates within the flow, which I modeled, emphasizing the role of their collisions with the disks.