Structuration et fluidification de gels de noir de carbone

par Vincent Grenard

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Sébastien Manneville.

Soutenue le 02-07-2012

à Lyon, École normale supérieure , dans le cadre de École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon , en partenariat avec Laboratoire de physique (Lyon) (laboratoire) .

Le président du jury était Michel Cloitre.

Le jury était composé de Sébastien Manneville, Michel Cloitre, Guillaume Ovarlez, Luca Cipelletti, Nicolas Taberlet.

Les rapporteurs étaient Guillaume Ovarlez, Luca Cipelletti.


  • Résumé

    Les « gels attractifs » constituent une catégorie particulière de fluides complexes. Ces gels sont formés à partir d’une suspension de particules attractives en faible concentration volumique. La microstructure du gel est très facilement modifiée par l’application d’une contrainte. Ainsi, il est possible de structurer ces gels par un cisaillement dans une géométrie suffisamment confinée. Nous avons étudié en détail ce phénomène dans des gels de noirs de carbone ainsi que dans des suspensions de billes de verre dans de l’huile rendues attractives par la présence d’une faible quantité d’eau. Nous avons reproduit ce phénomène dans des simulations numériques de dynamique moléculaire, ce qui permet d’étudier les conditions nécessaires à l’apparition de telles structures. Enfin, en géométrie peu confinée, le mécanisme de rupture et d’écoulement de ces gels en volume est complexe puisque leur rupture est en perpétuelle compétition avec leurcinétique de reformation. Nous avons étudié la rupture des gels de noir de carbone en couplant des techniques classiques de rhéologie avec une technique de mesure locale de déplacement par ultrasons. Ces expériences nous ont permis d’établir un lien entre le comportement global du matériau (sa rhéologie macroscopique) et la dynamique locale de fluidification.

  • Titre traduit

    Structuration and fluidization of carbon black gels


  • Résumé

    Attractive gels are made of weakly aggregated colloidal particles dispersed in a liquid at lowvolume fraction. Their microstructure can easily be modified when submittedto a shear stress. For instance, those gel can form structures in response to flow under strong confinement. This work is a detailed study of this phenomenon in carbon black gels and in glass beads suspensions in oil made attractive by addition of a small amount water. Those structures are also reproduced in molecular dynamics numerical simulations which allow us to study the conditions for such structures to appear. When sheared in a large gap, yielding and flow of those gels is complex due to the competition between shear-induced aggregation and breakup. Yielding of carbon black gels has been studied by coupling global rheological measurements with local ultrasonic velocimetry providing a link between the global (macroscopic) behaviour and the local dynamics.


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