Etude par diffusion de lumière de suspensions colloïdales concentrées sous contrainte

par Cyril Danglade

Thèse de doctorat en Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Sous la direction de Cécile Pagnoux et de Marguerite Bienia.

Soutenue le 10-07-2015

à Limoges , dans le cadre de École doctorale Sciences et Ingénierie des Matériaux, Mécanique, Energétique et Aéronautique (Poitiers ; 2009-2018) , en partenariat avec Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (laboratoire) .

Le président du jury était Jérôme Chevalier.

Le jury était composé de Cécile Pagnoux, Marguerite Bienia, André Lecomte, Julien Brevier.

Les rapporteurs étaient Serge Durand-Vidal, Francis McCluskey.

mots clés

• Cellule de Couette
• Silice nanométrique
• Laponite
• DLS
• Suspensions concentrées
• Matériaux céramiques -- Fluides, Dynamique des
• Cisaillement (mécanique)
• Rhéologie
• Écoulement laminaire
• Suspensions (chimie)
• Lumière -- Diffusion

Résumé

Ce travail de thèse s’inscrit dans une approche fondamentale expérimentale de l’étude de suspensions céramiques, au travers de la mise en place d’un banc de mesure de diffusion dynamique de la lumière (DLS) sur une suspension en écoulement. L’étude a été effectuée sur des suspensions céramiques concentrées de silice nanométrique et de laponite dans une géométrie de Couette. La technique de mesure par DLS permet d’obtenir des informations locales telles que le taux de cisaillement et la vitesse locale des particules. À travers ces mesures et d’observation vidéo, les profils de vitesse ont permis de comprendre l’évolution du comportement rhéologique de ces suspensions concentrées. De plus, les suspensions concentrées en laponite forment un gel lorsque celles-ci sont au repos. Si ce gel subit un cisaillement, il se déstructure pour redevenir une suspension « liquide ». Cependant, du gel apparait sous cisaillement et sa formation a également été observée par DLS et par vidéo.

mots clés

• Couette's Cell
• Nanometric silica
• Laponite
• DLS
• Concentrated suspensions

Titre traduit

Study by dynamic light scattering of concentrated colloidal suspensions under stress

Résumé

This thesis is part of a fundamental experimental approach to the study of ceramics suspensions, through the establishment of a panel of dynamic light scattering (DLS) measurement to a flowing suspension. The study was performed on ceramic concentrated suspensions of nanometric silica and laponite in Couette geometry. The measurement technique by DLS provides local information such as the shear rate and the local velocity of the particles. Through these measurements and video observation, velocity profiles have allowed to understand the evolution of the rheological behavior of concentrated suspensions. Moreover, concentrated suspensions of laponite form a gel when these are at rest. If this gel undergoes shear, this one deconstructs to become a « liquid » suspension. However, the gel appears under shear and its formation was also observed by DLS and camera.