Systèmes hétérogènes lyophobes : Influence de la température et de la vitesse sur les cycles d’intrusion/extrusion forcées de liquides non-mouillants dans des matériaux mésoporeux

par Ludivine Guillemot

Thèse de doctorat en Physique et matériaux

Sous la direction de Elisabeth Charlaix et de Gérard Vigier.

Soutenue en 2010

à Lyon, INSA , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec MATEIS - Matériaux : Ingénierie et Science (laboratoire) .


  • Résumé

    Un système hétérogène lyophobe est constitué d’un matériau mésoporeux et d’un liquide non-mouillant vis-à-vis de ce matériau. Le liquide ne peut pas entrer dans les pores à la pression atmosphérique, mais en augmentant la pression, il devient possible de forcer le liquide à pénétrer, puis en diminuant cette pression, à ressortir des pores du matériau. On mesure alors une hystérésis de pression significative d’une dissipation d’énergie qui peut être utilisée pour des applications d’amortissement bien spécifiques recherchées par l’industrie spatiale. Cette étude cherche à comprendre finement les phénomènes physiques qui régissent les processus d’intrusion et d’extrusion du liquide dans les pores de taille nanométrique, ainsi que de caractériser les effets de la vitesse et de la température sur les cycles d’hystérésis. Un dispositif d’essais original a été conçu afin d’effectuer des cycles d’intrusion/extrusion à différentes températures (20 - 80°C) et vitesses (0. 5 - 1000cm/min). Plusieurs liquides tels que l’eau, l’eau salée et le Galinstan (alliage métallique liquide à température ambiante) et matériaux de structure poreuse variée ont été testés. Des théories de thermodynamiques macroscopiques (théorie de capillarité et modèle de nucléation) ont été utilisées pour expliquer les mesures expérimentales. L’accord expérience/théorie est très bon et a permis notamment de montrer la nécessité de prendre en compte la tension de ligne dans l’énergie de nucléation. Une valeur de cette tension de ligne a été déterminée expérimentalement. Ainsi, il est maintenant possible de prévoir le comportement de ces systèmes amortisseurs

  • Titre traduit

    = Lyophobic heterogeneous systems: effects of temperature and velocity on forced intrusion/extrusion of non-wetting liquids into mesoporous materials


  • Résumé

    A lyophobic heterogeneous system consists in a mesoporous material and a non-wetting liquid. The liquid can not enter the pores at atmospheric pressure, but by increasing the pressure, it becomes possible to force the liquid to penetrate, then by reducing the pressure, to go out of the pores of the material. Then, a pressure hysteresis is measured, significant of an energy dissipation that can be used for very specific damping applications for space industry. This study tries to understand the physical phenomena that regulate the process of intrusion and extrusion of the liquid in the pores of nanometer size, and to characterize the effects of velocity and temperature on the hysteresis loops. An original test device was designed to perform cycles of intrusion / extrusion at different temperatures (20 - 80 ° C) and speeds (0. 5 - 1000cm/min). Several liquids such as water, salt water and Galinstan (liquid metal alloy at room temperature) and materials of different mesoporous structure of were tested. Macroscopic thermodynamic theories (theory of capillarity and model of nucleation) have been used to explain the experimental measurements. The agreement experiment / theory is very good and has led to show the necessity of taking into account the line tension in the energy of nucleation. A value of this line tension has been determined experimentally. Thus, it is now possible to predict the behavior of these damping systems

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Informations

  • Détails : 1 vol. (149 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 143-149

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3685)
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