II. Rheology of Weakly Flocculated Suspensions of Viscoelastic Particles

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

Abstract
A microrheological model is proposed to estimate the steady state shear viscosity of concentrated suspensions of viscoelastic particles. We first present a Kelvin Voigt model to describe the deformation and stable orientation of a viscoelastic particle in a simple shear field. We then use a viscosity law for concentrated suspensions of hard particles in purely hydrodynamic interactions and we relate the maximum packing concentration to the component of the particle deformation tensor in the direction of the flow. We analyse the steady state viscometric behavior of red cell suspensions in saline solution and we show the influence of the nonlinear viscoelectric properties of the cell membrane. In a second part, we consider a flocculation of deformable particles and we deduce a viscosity law taking into account both the aggregation phenomena and the deformation-orientation of particles in the shear field. The rheological law describes the viscosity behavior of aggregated deformable red cells in dextran saline solution only for negligible shear induced restructuration of the aggregates.

Résumé
Nous proposons un modèle microrhéologique pour estimer la viscosité de cisaillement des suspensions concentrées de particules viscoélastiques. Dans un premier temps, nous présentons un modèle de Kelvin Voigt tournant afin de décrire la déformation et l'orientation stable d'une particule de viscoélastique dans un écoulement de cisaillement simple. Nous utilisons alors une loi de viscosité valable pour des suspensions concentrées de sphères dures en interaction purement hydrodynamique et nous relions la concentration maximale d'empilement à la composante du tenseur de déformation des particules dans la direction de l'écoulement. Nous analysons ensuite le comportement rhéologique des suspensions de globules rouges et nous montrons le rôle des propriétés viscoélastiques non linéaires de la membrane cellulaire. Dans une seconde partie, nous introduisons une floculation des particules viscoélastiques et déduisons une loi de viscosité prenant en compte les phénoménes de floculation et de déformation des particules dans le champ de cisaillement. La loi rhéologique proposée décrit la rhéologie des suspensions de globules rouges aggrégés en présence de dextrane dans la mesure où nous pouvons négliger les phénomènes de restructuration des aggrégats sous l'action des contraintes hydrodynamiques.