La sédimentation de particules solides en fluide non newtonien est un phénomène intervenant dans de nombreux procédés industriels. Une modélisation réaliste du comportement d’une suspension implique la prise en compte des interactions entre particules. Déjà complexe en fluide newtonien, cette problématique l’est davantage lorsque la rhéologie du fluide présente des caractères viscoélastiques et rhéofluidifiants. Afin de comprendre les mécanismes impliqués, les interactions entre deux sphères de même diamètre sédimentant en ligne dans un fluide non newtonien sont ici étudiées expérimentalement et numériquement. Les précédents travaux expérimentaux relatifs à la sédimentation d’une sphère seule en fluide non newtonien ont mis en évidence un champ de vitesse complexe, dont la caractéristique la plus frappante est la présence d’un sillage négatif, dont on attend, intuitivement, qu’il inhibe le rapprochement entre les sphères. On observe qu’au contraire, en interaction, la sphère de queue peut rattraper la sphère de tête. Une mesure par PIV du champ de vitesse autour des deux sphères met en évidence que lors du rapprochement de la sphère de queue, le sillage négatif de la sphère de tête existe bel et bien, puis disparaît progressivement à mesure que la distance entre les sphères diminue. Afin d’expliquer ce phénomène, des simulations numériques ont été réalisées au moyen d’un modèle lattice Boltzmann, couplé à une équation rhéologique introduisant les propriétés viscoélastiques et rhéofluidifiantes de la phase liquide. Le mouvement des sphères est déduit d’un bilan de forces incluant, pour chacune des sphères, le poids, la poussée d’Archimède et la force de traînée, déduite du modèle lattice Boltzmann. Un bon accord avec l’expérience a été constaté. Les présents résultats suggèrent que l’accélération de la sphère de queue est due à une compétition dynamique entre les effets rhéofluidifiants, qui favorisent le rapprochement, et le sillage négatif, d’origine viscoélastique, qui tend à l’inhiber.

Settling of solid spheres in non newtonian fluid is a wide spread phenomenon in industrial applications. A realistic model of a suspension’s behavior requires to take interactions between spheres into account. Such a problem is much more difficult when the liquid phase is a non newtonian one. Interactions between two solid spheres settling in-line in a non newtonian fluid are studied here through both experiments and numerical simulations. Earlier experimental studies revealed a complex flow field around isolated spheres settling in non newtonian fluids, especialy the negative wake, which could be supposed to give rise to repulsive interactions between interacting spheres. On the contrary, two spheres settling in-line exhibit attractive interactions. We performed flow field measurements, using a PIV device, and showed that the negative wake does exist between two spheres settling in-line, but disapears progressivley when the distance between spheres decreases. In order to explain such a phenomenon, we performed lattice Boltzmann simulations, viscoelastic and shear thinning properties of the fluid beeing modeled with the help of a rheological equation. Dynamics of the spheres is deduced from a force balance including wheight, buoyancy and drag force, deduced from the lattice Boltzmann model. A good agreement with expermients is obtained. Present results suggest that acceleration of the following sphere is due to a dynamic competition between repulsive interaction, due to tthe negative wake and attractive ones, due to shear thinning effects.