Suspensions floculées modèles : de la caractérisation à la modélisation

Résumé : Les suspensions de particules colloidales dans des fluides newtoniens sont utilisées dans un grand nombre de secteurs pour leurs propriétés complexes. Ces dernières proviennent de l’interaction entre les forces hydrodynamiques et les forces physico-chimiques interparticulaires. Malgré de nombreuses études dédiées aux comportements des suspensions colloïdales le lien entre propriétés macroscopiques et forces d’interactions est toujours source de discussions. L’objectif de ce travail est de comprendre et caractériser, aux différentes échelles, et à l’aide de différentes techniques expérimentales, le lien entre la floculation des suspensions et quelques grandeurs rhéologiques (module élastique et contrainte seuil) caractérisant leur comportement macroscopique.La diversité chimique, en taille et en forme des constituants des pâtes cimentaires ainsi que la réactivité du système rendant l’étude trop délicate, des suspensions modèles sont utilisées (particules de silice sphériques et broyés en suspension dans de l’eau).Les suspensions colloïdales formulées sont thixotropes, l’évolution des propriétés rhéologiques en fonction du temps est analysée.Pour les deux types de suspensions, on observe que la contrainte seuil et le module élastique augmentent avec la fraction volumique en particules, la force ionique et le temps de repos.Ces deux grandeurs dépendent de la microstructure des suspensions mais décrivent deux réponses distinctes du matériau suite à l’application d’une sollicitation mécanique. Bien que ces grandeurs soient pilotées par la microstructure du matériau il n’y a pas d’évidence qu’elles soient liées l’une à l’autre. Cependant toutes les données G’=f(Tc) se placent sur une courbe unique pour un type de particule et une taille donnée. Ce résultat confirme que le module élastique peut être utilisé comme un paramètre de structuration caractérisant l’influence de la floculation sur la contrainte seuil. De plus nous nous sommes intéressés à l’impact de la taille des particules sur la réponse rhéologique du matériau. Nous observons que la contrainte seuil est proportionnelle à l’inverse de la taille des particules au carré et le module élastique à l’inverse de la taille des particules. Les modèles présents dans la littérature ne prédisent pas la même normalisation par la taille, cela suggère que les interactions interparticulaires contrôlant le comportement macroscopique ne sont pas encore totalement comprises.L’observation des suspensions au repos par microscopie confocale ne révèle pas de réorganisation structurelle dans le temps. Ainsi la thixotropie des suspensions s’explique probablement par l’existence de nano-organisations structurelles. Cependant des différences de structures sont mises en évidence pour des suspensions de formulations éloignées. Une structure primaire dépendant de l’intensité des interactions et de la fraction volumique se forme de manière instantanée une fois que le précisaillement est arrêté. Il s’en suit une évolution des propriétés rhéologiques avec le temps de repos qui est attribuée à des réarrangements très localisés non visibles par microscopie
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Matériaux. Université Paris-Est, 2016. Français. 〈NNT : 2016PESC1114〉
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Soumis le : jeudi 22 juin 2017 - 16:36:09
Dernière modification le : jeudi 11 janvier 2018 - 06:25:23
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Jennifer Fusier. Suspensions floculées modèles : de la caractérisation à la modélisation. Matériaux. Université Paris-Est, 2016. Français. 〈NNT : 2016PESC1114〉. 〈tel-01545550〉

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