Contribution rhéologique et optique à l'étude expérimentale de transitions induites par cisaillement dans des solutions micellaires

Rheological and optical contribution to the experimental study of shear induced transitions in micellar solutions

• Auteur / Autrice : Emmanuel Cappelaere
• Direction : Robert Cressely
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie physique et mécanique
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Metz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cisaillement (mécanique)

Micelles

Rhéologie

Résumé

Les solutions micellaires constituent des matériaux pouvant présenter une diversité de comportement. On s'est intéressé au cours de ce travail à l'action d'un cisaillement, générateur d'ordre, sur ces systèmes. Les fluides considérés sont des solutions de bromure de cétyltryméthylammonium (ctab) en présence de sel (bromure de potassium, kbr) d'une part et sans sel i. E. En l'absence d'écrantage des interactions électrostatiques d'autre part. Les techniques de mesures mises en œuvre dans ce travail sont la rhéomètrie (régime permanent et dynamique en géométrie cône-plan) et la biréfringence d'écoulement (en écoulement de couette). Les concentrations du système écranté ctab/kbr sont choisies de telle sorte que l'on soit loin d'une phase nématique au repos. Une transition isotrope/nématique (i/n) peut être induite sous cisaillement dès que le gradient de vitesse devient supérieur à une valeur critique. Les expériences de biréfringence d'écoulement montrent que deux phases coexistent dans l'entrefer, la phase nématique se trouvant localisée au voisinage du cylindre intérieur tournant. L'étude du second système non écranté (ctab/eau) fait apparaitre des différences importantes par rapport au système écranté. La viscosité à gradient nul dépend très fortement de la concentration et le système est caractérisé par un spectre de temps de relaxation. Dans le domaine non linéaire, les expériences rhéologiques et optiques mettent en évidence une transition i/n sous cisaillement ainsi que l'existence d'un régime biphasique lorsque le gradient de vitesse est compris entre deux valeurs critiques. Nous analysons enfin les perturbations apportées à une solution isotrope concentrée de ctab dans l'eau après qu'elle ait été soumise à une contrainte suffisante pour induire une phase nématique. Nous présentons en particulier les résultats de mesures rhéologiques montrant l'évolution de la température de transition n/i sous cisaillement mettant en évidence une sorte d'effet mémoire

Micellar solutions form materials which able present a great variety of behaviour. This work presents the action of a shear, which creates order, on theses systems. Mixtures used are solutions of cetyltrymethylammonium bromide (CTAB) with and without salt (KBr) i. E. In which case the electrostatic interactions are not screened. Measurements experiments were carried out with a rheometer (constant shear stress mode with cone-plan geometry) and with a flow birefringence device (couette flow). Concentrations of screened system CTAB/KBr are selected so that they are far from nematic phase at rest. Shear can induce isotropic/nematic (I/N) transition as the velocity gradient becomes greater than a critical value. Measurements of flow birefringence show two phases co-exist in the gap, the nematic phase being located near to the moving inner cylinder. The study of the second, salt free aqueous CTAB solutions, shows significant differences in comparison with the screened system. The zero shear viscosity N0 is very dependant on concentration and the system is characterized by a spectrum of relaxation times. In non-newtonian domain, the rheological and optical experiments shown a I/N transition under shear as well as the existence of biphasic domain when the shear rate is ranging from two critical shear rates. We analyse lastly the ''perturbations'' of the isotropic concentrated solution of CTAB without addition of salt after being subjected to sufficiently high shear stress to induce nematic phase. In particular, we present the results of rhelogical measurements showing the evolution of shifting N/I temperature transition under shear, bringing to the fore a kind of ''memory'' effet