Nanorheologie des couches minces confinees application aux appareils a forces de surface

par FRANCOIS AUSLENDER

Thèse de doctorat en Sciences appliquées. Physique

Sous la direction de F. SIDOROFF.

Soutenue en 1996

à l'ECL .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    Les travaux entrepris lors de cette these consistent a apporter quelques eclaircissements dans la caracterisation du comportement de couches tres minces. La motivation sous-jacente est liee a l'analyse mecanique des resultats experimentaux provenant des appareils a forces de surface (notamment celui de l'ecl) qui reposent sur le principe suivant. Une couche mince d'un fluide viscoelastique, confinee entre un plan et une sphere de rayon r, distant l'un l'autre d'une distance d, subit une sollicitation sinusoidale de la part de la sphere qui se deplace normalement au plan. L'appareil a forces de surface (afs) est capable de mesurer la force engendree par le deplacement harmonique de l'ordre du nanometre de la sphere. L'analyse permet, entre autre, de montrer l'apparition (respectivement sur la sphere et le plan) de deux couches immobiles aux parois quasi-solides, d'une epaisseur de quelques diametres moleculaires, separees par une zone volumique constituee du liquide interfacial dont on connait les proprietes. L'approche classique du probleme, basee sur la theorie de la lubrification et l'equation de reynolds etendue au cas viscoelastique incompressible, ne permet pas d'expliquer de maniere satisfaisante les resultats experimentaux obtenus. Afin de l'ameliorer, nous avons mis en uvre une extension de cette theorie au cas d'une structure heterogene, compressible. Les resultats obtenus montrent que la compressibilite des couches immobiles aux parois, meme tres faible, joue un role essentiel. Afin de clarifier le role de la compressibilite, un probleme modele simplifie (ecrasement d'une couche mince elastique compressible entre deux plans) a ete etudie. Les resultats obtenus ont, d'une part, confirme l'importance de la compressibilite dans le comportement des couches minces, et d'autre part, mis en evidence le mecanisme de deformation caracteristique des couches minces. Celui-ci correspond a un champ de deplacement oedometrique pour lequel seuls les deplacements verticaux sont permis (pas de deplacements lateraux). La prise en compte de ce mecanisme, dans l'extension de la theorie classique precedemment realisee, aboutit a la construction d'un modele qui decrit le comportement des films minces viscoelastiques heterogenes compressibles. Ce modele permet de retrouver les resultats experimentaux observes et d'obtenir les caracteristiques rheologiques des couches immobiles aux parois. Enfin, une etude du contact des deux couches viscoelastiques immobiles aux parois a ete realisee. Dans celle-ci, le contact est modelise a partir d'une loi viscoelastique non lineaire qui represente l'extension du modele de zener tridimensionnel aux grandes deformations. Cette modelisation permet de reproduire l'allure des courbes experimentales force distance obtenues par l'afs a l'interieur du contact. Une linearisation autour de l'etat d'equilibre, qui correspond a l'elasticite differee des couches en contact, permet, pour de faibles oscillations harmoniques, d'identifier, a partir des resultats experimentaux fournis par l'afs, certains des parametres de l'extension grandes deformations du modele rheologique de zener


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Informations

  • Détails : 200 P.
  • Annexes : 45 REF.

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  • Bibliothèque : SIGMA Clermont (Aubière, Puy-de-Dôme). Bibliothèque.
  • Disponible sous forme de reproduction pour le PEB
  • Cote : 530.81 AUS
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Accessible pour le PEB
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