Modélisation de la relation microstructure-rhéologie dans les suspensions de fibres flexibles

Le projet FIBFLEX, financé par l’ANR (https://anr.fr/Projet-ANR-24-CE51-6844), s’intéresse au lien entre microstructure et rhéologie pour des suspensions de fibres flexibles à l'aide d'études expérimentales, numériques et théoriques. Les écoulements de ces systèmes complexes sont rencontrés dans de nombreux domaines industriels, biologiques et naturels. Par conséquent, la compréhension et la caractérisation de leur écoulement sont très importantes pour la production de matériaux composites et l'utilisation des ressources naturelles (polymères renforcés de fibres, composites à matrice métallique/céramique, fibres naturelles dans la fabrication du papier...).

Dans chacun des domaines d'application susmentionnés, la modélisation et la simulation de l'écoulement des suspensions de fibres au cours du processus de production est une étape cruciale pour optimiser les propriétés physiques de la pièce finale (propriétés mécaniques, conductivité thermique et électrique...) et/ou pour réduire ses coûts de production et l'utilisation des ressources naturelles. Le facteur le plus important pour améliorer les propriétés physiques de ces matériaux est la microstructure des particules induite par l'écoulement. Il est donc nécessaire d'étudier la dynamique des fibres dans l'écoulement. Les particules dans les suspensions de fibres courtes restent rigides et droites. Cependant, un gain de propriétés considérable peut être obtenu en augmentant la longueur des fibres. Mais si une fibre est supposée longue, elle peut présenter une flexion pendant l'écoulement. Par conséquent, la compréhension des phénomènes régissant l'écoulement des suspensions de fibres flexibles est une condition préalable à l'élaboration d'outils de modélisation et d'optimisation précis. C’est en lien avec le volet théorique du projet FIBFLEX que ce travail de thèse est proposé.

Après avoir fait un état de l’art, le.la doctorant.e aura pour mission d’établir des lois de comportement rhéologique pour des suspensions de fibres souples par une approche basée sur la théorie cinétique. En se référant aux résultats des études expérimentales et numériques, il faudra identifier un potentiel de courbure pour décrire correctement la flexibilité des particules. Une loi de comportement inclura une expression du tenseur des contraintes couplée à une équation d’évolution de la microstructure. Le changement d’échelle implique la mise en place d’approximations de fermeture à développer à l’aide de la théorie des invariants/valeurs propres ou de réseaux neuronaux. Ces différents modèles serviront à déterminer des propriétés rhéologiques macroscopiques et seront ensuite implantés dans un logiciel de calcul d’écoulements dans des géométries complexes. En parallèle, la personne recrutée sera également impliquée dans le projet FIBFLEX (réunions scientifiques/d’avancement) et devra communiquer sur ses résultats (conférences/articles scientifiques).

Laboratoire d'accueil

IRDL (UMR - CNRS 6027)

www.irdl.fr

- Titulaire d’un diplôme de Master ou d’Ingénieur en mécanique et/ou mathématiques appliquées - Des compétences en méthode des volumes finis, en théorie cinétique, en programmation C++/Matlab et mécanique des milieux continus seraient appréciées - Personne motivée, faisant preuve de rigueur, de curiosité scientifique, d'un bon esprit d'analyse et du sens de la communication - Français et anglais courant