Atténuation des aspects morphologiques induite par la physico-chimie des fluides complexes

Attenuation induced morphological aspects by the physical chemistry of complex fluids

• Auteur / Autrice : François Boulogne
• Direction : Ludovic Pauchard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des liquides et matière molle
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rupture, Mécanique de la

Systèmes complexes

Colloïdes

Résumé

Nous nous intéressons aux morphologies développées dans des systèmes complexes. Premièrement, nous avons étudié comment les propriétés rhéologiques de solutions de polymères et de micelles modifient l'instabilité d'un écoulement sur une fibre verticale. Nous montrons expérimentalement que les propriétés rhéologiques de ces solutions permettent de modifier la croissance et la morphologie de l'instabilité. En particulier, l'usage de micelles géantes ayant des propriétés élastiques atténue les effets de tension de surface et supprime l'instabilité. Dans un second temps, nous avons caractérisé un système complexe en consolidation où différentes instabilités mécaniques apparaissent : plis et fractures. Avant la formation de fractures, des structures de surface s'apparentant à des plis, ont été observées et caractérisés par des méthodes rhéologiques, optiques et de microscopie de surface. Nous avons ensuite étudié les morphologies de fractures et notamment comment la distance entre fractures est modifiée en fonction des propriétés mécaniques du système (technique de micro-indentation). Enfin, nous avons observé la transition liquide-solide à l'échelle de la particule dans des systèmes colloïdaux de nanoparticules grâce à des mesures de diffusion de rayons X et de neutrons aux petits angles. Nous mettons en évidence le développement d'une anisotropie dans le gel, devant le front de solidification.

This work concerns patterns developed in complex systems. First, we studied the effects of rheological properties on the instability of polymer and micellar solutions flowing down a vertical fiber. We show experimentally that these rheological properties modify the growth of the instability and the resulting patterns. In particular, we employed giant micelles for which elastic properties attenuate surface tension effects and suppress the instability. Second, we characterized a consolidating complex system in which different mechanical instabilities emerge: creases and cracks. Before crack propagation, surface structures similar to creases were observed and characterized by rheological, optical and surface measurements. Then, we studied crack morphologies and more precisely how the crack spacing is modified by mechanical properties (indentation testing). Finally, we observed the liquid-solid transition at the particle length-scale in nanoparticle colloidal systems with small angle X-ray and neutron scattering. We found that there is a structural anisotropy in the gel, preceding the solidification front.