I. Rheology of Weakly Flocculated Suspensions of Rigid Particles

(Received 5 May 1995, revised 17 June 1996, accepted 11 September 1996)

Abstract
A rheological law for hard spheres in purely hydrodynamic interaction is used to describe the steady state viscosity of weakly aggregated suspensions of rigid particles. The shear viscosity only involves the volume fraction and the maximum packing concentration of particles. Particle aggregation influences the parameters of the reference viscosity law. Within the framework of fractal aggregation, we introduce the volume fraction of aggregates and we derive the equilibrium mean radius of clusters from an effective medium approximation. The proposed rheological equation is close to the phenomenological Casson equation for soft clusters of fractal dimensionality D=2. In a second part, we present rheo-optical experiments for studying the break-up of red cell aggregates in a shear flow and for determining the critical disaggregation shear stress of the flowing suspension mainly representative of the surface adhesive energy between particles. The proposed microrheological model well describes viscometric data in the low shear regime and allows information about the shear induced restructuration and the lifetime of clusters.

Résumé
Nous utilisons une loi de viscosité pour des suspensions concentrées de sphères dures en interaction purement hydrodynamique pour décrire le comportement rhéologique des suspensions faiblement agrégées de particules rigides. La viscosité de cisaillement fait intervenir la fraction volumique et la concentration d'empilement des particules. La floculation des particules modifie les paramètres de la loi rhéologique. Dans le cadre de structures fractales, nous introduisons la fraction volumique effective des agrégats et nous déterminons la taille de d'équilibre des amas à partir d'une hypothèse de milieu effectif. La loi de viscosité se rapproche de la loi phénoménologique de Casson pour des aggrégats mous de dimension fractale D=2. Dans une seconde partie, nous présentons des expériences de réflectométrie sous cisaillement pour étudier la rupture des agrégats de globules rouges dans un écoulement et estimer la contrainte critique de désagrégation de la suspension représentative de l'énergie d'adhésion des particules. Le modèle rhéologique décrit les expériences de viscosimétrie à faible cisaillement et renseigne sur la restructuration des agrégats en écoulement et sur le temps de vie des amas réversibles.