Étude microstructurale des suspensions électro et magnétorhéologiques

Microscopic study of the structure in electro and magnetorheological suspensions

• Auteur / Autrice : Yan Grasselli
• Direction : Georges Bossis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1993
• Etablissement(s) : Nice
• Jury : Président / Présidente : Georg Maret
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Navard, Nicole Ostrowsky, Jean-Pierre Romagnan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Fermigier, Laurent Petit

Mots clés

Mots clés contrôlés

Suspensions (chimie)

Agrégation (chimie)

Thixotropie

Mots clés libres

Physique

Sciences des matériaux, rhéologie

Microstructure

Suspension

Effet champ magnétique

Effet champ électrique

Rhéologie

Thixotropie

Constante élasticité

Anisotropie

Viscoelasticié

8350p

Pac

8370h

Pac

Résumé

Nous avons caractérisé la structure solide formée par l'application d'un champ magnétique à une suspension magnétorhéologique. Le champ externe induit un moment dipolaire sur chaque particule ; celles-ci s'agrègent alors en fibrilles alignées suivant la direction du champ. Nous avons déterminé, par analyse d'images, la taille moyenne des agrégats formes. Nous proposons aussi une modélisation des agrégats par des ellipsoïdes prolates. La structure d'équilibre est obtenue par minimisation de l’énergie libre magnétique en considérant l’énergie interne, l’énergie d'interaction répulsive et une énergie de surface sur les agrégats induite par le champ. Un traitement analogue a été abordé pour la structure induite par un champ électrique à une suspension électrorhéologique (ER). Les modifications apportées par la présence de la structure sur les propriétés rhéologiques d'une suspension er ont été discutées. Nous avons présenté un modèle, prenant en compte la taille des agrégats, pour expliquer l'apparition de la contrainte seuil base sur le calcul du couple de rappel sur un ellipsoïde. Le caractère thixotropique des suspensions ER a pu être expliqué par un modèle à deux particules en considérant les interactions électrostatiques et hydrodynamiques que subissent les particules lorsque l'on cisaille la suspension. L'anisotropie du module d'élasticité d'une suspension ER structurée a pu être mis en évidence par des expériences de viscoélasticité en cisaillement alternatif. Enfin, en vue de caractériser les particules d'une suspension, nous avons également présenté un dispositif expérimental nouveau permettant, par analyse d'image, d'enregistrer les trajectoires des particules dans les trois dimensions simultanément

We have characterized the solid structure formed by the application of a magnetic field in a magnetorheological suspension. The external field induces a dipolar moment on each particle; this gives rise to elongated aggregates in the direction of the field. We determinded, by image analysis, the average size of the aggregates. We modelized the aggregates by prolate ellipsoids. The equilibrium structure is obtained by minimisation of the free magnetic energy: we consider the internal energy, the repulsive energy and a surface energy on the aggregates induced by the field. A similar treatment is proposed for he structure formed in an electrorheological (ER) suspension. The modifications of the rheological properties in an ER suspension have been discusssed. We present a model taking into account the size of the aggregates, to explain the apparition of the yield stress based on the calculus of the restoring torque on an ellipsoid. The thixotropic behavior of an ER suspension has been explained by a model of two particles: we consider the electrostatic and hydrodynamic intercations between the particles when we shear the suspension. We have shown the anisotropy of the elastic modulus of a structured suspension by viscoelastic experiments. Finally, for characterrizing the particles of a suspension, we present a new devide which allows, by image analysis, to determine the displacements of the particles in th three directions of the space