Structures et rhéologie d'une suspension de particules magnétiques

Structures and rheology of a suspension of magnetic particles

• Auteur / Autrice : Philippe Carletto
• Direction : Georges Bossis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière condensée
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Nice ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique de la matière condensée (Nice)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Champs magnétiques

Rhéologie

Résumé

Nous avons étudié et élaboré un modèle qui prédit la formation de structures obtenues par application d'un champ magnétique sur une suspension Magnéto-Rhéologique (MR). Cette agrégation réversible est due à une aimantation des particules, elle-même reliée à une différence de perméabilité entre les particules et le fluide suspendant. Deux forces interviennent dans ce processus : la force d'interaction magnétique entre particule et la force thermodynamique. Nous avons déterminé expérimentalement les paramètres caractérisant les structures formées en champ unidirectionnel (réseau de colonnes) et en champ tournant. Dans ce dernier cas on observe la formation d'une structuration périodique en plans parallèles situés dans le plan de rotation du champ. Un modèle théorique basé sur une minimisation d'énergie permet de retrouver quantitativement les observations faites en champ unidirectionnel. Par contre, en champ tournant, l'accord n'est quantitatif qu'à la condition de diminuer l'énergie de surface. Au cours de cette étude nous avons mis en évidence une nouvelle instabilité de rotation collective des agrégats. La dernière partie de mon travail a consisté à mesurer les modules de cisaillement en présence de différents types de structure. Nous avons montré, que pour un même champ magnétique, les modules de cisaillement dépendaient fortement de la structure. Nous avons également mis en évidence une déformation critique délimitant le passage entre un régime d'oscillation des agrégats à un régime non linéaire de fragmentation /restructuration, nous avons pu retrouver, à l'aide d'un modèle, le cisaillement critique observé pour des plans perpendiculaires au cisaillement.

We have studied and worked out a model which predicts the formation of structures obtained by application of a magnetic field on a Magneto-Rheological suspension (MR). This reversible aggregation is due to a magnetization of the particles, itself connected to a difference in permeability between the particles and the suspending fluid. Two forces intervene in this process : the force of magnetic interaction between the particles and the thermodynamic force. We determined experimentally the parameters characterizing the structures formed in unidirectional field (structure of columns) and in rotating field. In this last case one observes the formation of a periodic structure in parallel plans situated in the plan of rotation of the field. A theoretical model based on a minimization of energy allows finding quantitatively the observations obtained in unidirectional field. On the other hand, in rotating field, the agreement is quantitative only to decrease the energy of surface. During this study we put in evidence a new instability of collective rotation of the aggregates. The last part of my work consisted in measuring the shear moduli in the presence of various types of structure. We showed that for the same magnetic field, the shear moduli depended strongly on the structure. We also put in evidence a critical deformation bounding the passage between a regime of oscillation of the aggregates in a nonlinear regime of fragmentation-restructuration, we were able to find, by means of a model the critical shear observed for perpendicular plans in the shear.