55 Laghouati et al., Rhéologie, Vol. 7, 55-60 (2005) Evolution des premiers modes d’instabilité dans le système de Taylor-Dean en solution viscoélastique Y. Laghouati 1 , A. Bouabdallah 2 et I. Mutabazi 3 (1) Département de Physique, Faculté des Sciences, USTO-MB, BP 1505, El M’naouar, 31000 Oran, Algérie. (2) Laboratoire de Thermodynamique et Systèmes Energétiques, Faculté de Physique, USTHB BP 32, El Alia, Bab Ezzouar, 16111 Alger, Algérie. (3) Laboratoire de Mécanique, Physique et Géosciences, Université du Havre, BP 540, 76058 Le Havre Cedex Reçu le 16 mars 2004 - Version finale acceptée le 11 février 2005 -------------------------- Résumé : Ce travail expérimental concerne l’étude des premiers modes d’instabilité dans l’écoulement de Taylor-Dean dans le cas d’un fluide viscoélastique. On s’intéresse particulièrement à l’effet de la concentration du polymère PEO WSR 303 sur l’apparition des deux modes de structure, à savoir les modes primaire (rouleaux propagatifs inclinés) et triplet (modulation des rouleaux propagatifs). Les conditions d’essais correspondent au système d’écoulement de type Taylor-Dean, constitué par deux cylindres coaxiaux définissant un jeu radial δ = 0.878 (petit espace annulaire) et de rapport d’aspect Γ = 90. Le paramètre de contrôle est la vitesse de rotation imposée par un moteur asservi par un micro- ordinateur, fonctionnant en mode quasi-statique. Les solutions correspondent à un fluide viscoélastique obtenu par addition de polymère PEO dans de l’eau, défini par une concentration c variant dans la plage de 50 à 500 ppm. Le nombre de Reynolds est défini avec la viscosité du solvant. Nos résultats, obtenus par visualisation à partir d’un traitement d’images, confirment le phénomène de retard à l’apparition des instabilités. En particulier, il a été observé que les valeurs critiques associées Re c et Re m des modes primaire et triplet augmentent avec la concentration c, mais l’écart relatif entre les deux nombres de Reynolds caractéristiques a tendance à diminuer nettement, mettant en évidence le comportement asymptotique ou linéairement croissant de Re en fonction de c au voisinage de 500 ppm. Mots clés : Système deTaylor-Dean, viscoélasticité, concentration, mode primaire et triplet. [Abridged english version on last page] 1. Introduction Le système d’écoulement de type Taylor-Dean a fait l’objet d’importants travaux de recherches en raison de la simplicité de la géométrie, des propriétés de symétrie et de la diversité des modes d’instabilité qu’il présente. Parmi les travaux expérimentaux relatifs à l’écoulement de type Taylor-Dean dans le cas d’un fluide newtonien, on se bornera à citer les contributions de Mutabazi et al. [1, 2] et Bot et al. [3], qui concernent l’étude de la transition de l’écoulement vers le chaos. Ces investigations restent peu nombreuses et se concentrent sur la caractérisation du premier mode de structure, avec des rouleaux propagatifs inclinés, ainsi que du deuxième mode qui est associé à la modulation des rouleaux propagatifs inclinés (triplet). Dans les liquides non-newtoniens plus proches de la réalité industrielle dans laquelle le système de Taylor-Dean apparaît (fabrication des pâtes de papier, par exemple), il existe très peu d’études expérimentales. Joo and Shaqfey [4] ont fait une étude numérique du fluide de Boger dans la géométrie de Taylor-Dean, dans laquelle ils ont mis en évidence l’importance de l’élasticité. Les différentes études antérieures menées avec des solutions viscoélastiques ont montré l’existence des modes inertio-élastiques ou des modes élastiques, selon la concentration et la nature des macromolécules [5]. Ainsi, Larson [5] a fait une synthèse des travaux théoriques et expérimentaux relatifs aux écoulements viscoélastiques en régime transitoire. Les instabilités en modes inertio- élastiques ont suscité de nouveau l’intérêt des chercheurs. Groisman et Steinberg [6, 7] ont caractérisé la transition entre le régime inertiel, où la force centrifuge a un effet déstabilisant, et le régime