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Structuration sous écoulement de fluides matériaux

Ma thèse a fait l’objet d’une étude approfondie du comportement sous écoulement de solutions de tensioactifs. Dans la littérature, le comportement rhéoépaississant du C16TAB a été abordé ; ce tensioactif appartient à la famille des bromures d’alkyltrimethylammonium dont nous citons : C10TAB, C12TAB, C14TAB et C18TAB. Ces tensioactifs ont une tête polaire identique mais se différencient par la longueur de la chaîne aliphatique.
A partir de chaque tensioactif, nous avons préparé une solution diluée dans les mêmes conditions (concentration, contre-ion, solvant, température ...).
A travers ce projet, nous souhaitons mettre en évidence une liaison entre la longueur de la chaîne aliphatique et le comportement rhéoépaississant. En parallèle à l’étude rhéométrique, plusieurs techniques expérimentales complémentaires ont été utilisées : biréfringence d’écoulement, vélocimétrie ultrasonore et diffusion de neutrons aux petits angles (SANS).

Les mesures de SANS à l’équilibre montrent que C18TAB et C16TAB sont composés de micelles de grande taille respectivement 14 µm et 21 µm, cylindriques et enchevetrées. Par contre le C14TAB comprend essentiellement des micelles sphériques et cylindriques libres. Nous avons constaté que les solutions C10TAB et C12TAB ont un comportement purement newtonien, tandis que C14TAB, C16TAB et C18TAB présentent un rhéoépaississement de différente allure (Figure 1(haut)).
Le taux de cisaillement critique qui correspond au déclenchement de la transition de rhéoépaississement est d’autant plus grand que la longueur de la chaîne est petite. L’énergie necessaire au rhéoépaississement est moins importante quand la longueur de la chaine est longue.

Angle d'exctinction et intensité de biréfringence vs. taux de cisaillement pour le C14TAB/NaSal à 3mM/3mM Fig.1 (haut) Viscosité vs. taux de cisaillement pour C12TAB, C14TAB, C16TAB et C18TAB. (bas) Angle d’exctinction et intensité de biréfringence vs. taux de cisaillement pour le C14TAB/NaSal à 3mM/3mM.

Selon des mesures de biréfringence d’écoulement et de SANS, l’accomplissement du processus d’alignement des micelles précède le déclenchement du rhéoépaississement et la formation d’une nouvelle structure induite par le cisaillement (SIS : Shear Induced Structure).
L’écoulement rhéoépaississant des trois solutions présente des profils de vitesses composés de deux parties : le segment central a un gradient de vitesse local proche du zéro et les deux segments latéraux glissent fortement (40%). Au début de la transition de rhéoépaississement, la SIS se forme près du cylindre tournant et occupe partiellement l’entrefer.
Pour les trois systèmes, la rhéofluidification qui suit le rhéoépaissement est indépendante de la longueur de la chaîne. La SIS demeure orientée et ne se désintègre pas. D’autre part, la vélocimétrie montre que la SIS glisse fortement.
Nous avons montré le rôle joué par la longueur de la chaîne sur le comportement macroscopique. Toutefois, il n’existe pas une relation de cause à effet directe sur le déclenchement du rhéoépaississement.