Nouvelle recherche de la North Carolina State University, Le MIT et l'Université du Michigan ont découvert que la texture de surface des microparticules dans une suspension liquide peut provoquer une friction interne qui modifie considérablement la viscosité de la suspension, rendant ainsi le liquide plus épais ou plus fin. Cette découverte peut aider à résoudre les problèmes des entreprises dans des domaines allant des produits biopharmaceutiques à la fabrication de produits chimiques.

« Nous avons entendu parler des problèmes que les entreprises rencontraient avec les suspensions de pompage et nous sommes devenus curieux de savoir ce qui causait ces problèmes, " dit Lilian Hsiao, professeur adjoint de génie chimique et biomoléculaire à l'État de Caroline du Nord et auteur principal d'un article sur le travail. « Compte tenu de l'omniprésence de ces types de fluides dans l'industrie, nous avons été surpris que personne n'ait examiné systématiquement le rôle de la rugosité de surface auparavant. Cela s'avère être un facteur très important dans la façon dont ces fluides chargés de particules s'écoulent. »

À l'aide d'une combinaison de simulations et d'expériences en laboratoire, les chercheurs ont découvert que ce qui ralentissait les suspensions était le frottement. Spécifiquement, le frottement devient important lorsque suffisamment de particules en suspension dans le liquide se heurtent les unes aux autres. Et plus la surface des particules est rugueuse, plus ils génèrent de friction lorsqu'ils entrent en contact.

"Il faut de l'énergie pour pomper une suspension liquide à travers un tuyau ou un tube, et la friction créée par l'interaction entre les particules dissipe une grande partie de cette énergie, " dit Hsiao. " Cette dissipation ralentit le mouvement de la suspension ou, si les particules sont très rugueuses, peut même l'arrêter complètement. » Une vidéo démontrant la différence entre les suspensions à particules rugueuses et les suspensions à particules lisses est disponible sur www.youtube.com/watch?v=oXRl2IdwdhY.

Cette idée offre aux industries plusieurs options :elles peuvent réduire la friction en concevant les particules pour avoir des surfaces plus lisses, ou ils peuvent augmenter la quantité d'énergie consacrée au déplacement de la suspension à travers le tuyau.

Cependant, les chercheurs ont également découvert que l'ajout d'énergie à une suspension contenant des particules rugueuses peut également entraîner l'expansion de la suspension. En effet, les particules rugueuses prennent simplement plus de place que les particules lisses lorsqu'elles tombent en suspension. Le résultat final est que mettre plus de contrainte de cisaillement dans le système peut provoquer un colmatage catastrophique si la suspension se dilate trop.

"C'est une avancée fondamentale dans notre compréhension de la physique des suspensions en écoulement, et devrait aider les ingénieurs et les scientifiques à relever les défis de fabrication qui ont attiré notre attention en premier lieu, " dit Hsiao.

"Nous cherchons maintenant des moyens d'utiliser les principes que nous avons découverts ici pour faire fonctionner la friction en notre faveur."

Le papier, "Diagrammes d'état rhéologique pour les colloïdes bruts en écoulement de cisaillement, " est publié dans la revue Lettres d'examen physique .