Propriétés rhéophysiques d'un système micellaire viscoélastique : rhéoépaississement apparent et oscillations des contraintes

Rheophysical properties of a viscoelastic system : apparent shear-thickening and shear-stress oscillations

• Auteur / Autrice : Houssain Azzouzi
• Direction : Jean-Paul Decruppe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Metz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biréfringence

Rhéologie

Mots clés libres

Micelles

Rhéologie

Biréfringence d'écoulement

Rhéoépaississement

Oscillations de contrainte

Glissement aux parois

Micelles

Rheology

Flow birefringence

Shear-thickening

Shear stress oscillations

Wllslip

Résumé

Nous avons étudié les propriétés rhéologiques et optiques des solutions micellaires viscoélastiques. Nous nous sommes focalisé sur une solution de CTAB/NaSal (50/100 mM). La courbe d'écoulement, après un plateau de contrainte caractéristique des écoulements hétérogènes, présente un rhéoépaississement apparent dans un étroit domaine de taux de cisaillement. L'étude de la réponse transitoire sous cisaillement a montré que la contrainte tangentielle  et la première différence des contraintes normales N1 oscillent en phase. L'objectif principal de ce travail est de corréler les résultats de rhéologie, les observations d'optique et les mesures de vélocimétrie pour tenter d'apporter des informations sur les mécanismes à l'origine de ces variations périodiques de la contrainte en fonction du temps. L'observation directe de l'entrefer de la cellule de Couette éclairée par une large nappe de laser perpendiculaire à la vorticité, montre clairement des variations de la turbidité de la solution avec la même période que celle de la contrainte. Ces variations périodiques sont liées aux fluctuations de concentration de la phase induite par le cisaillement (SIS). Néanmoins des mesures complémentaires de vitesses locales ont montré clairement la présence de glissement aux parois de la cellule de Couette. Dans le régime rhéoépaississant les vitesses locales présentent des fluctuations périodiques ce qui pourrait être la cause des oscillations de la contrainte.

We have studied rheological and optical properties of viscoelastic micellar solutions. We focus on a specific solution of CTAB/NaSal (50/100 mM), which shows, apparent shear-thickening in a narrow range of shear rates after a perfect plateau of shear stress characteristic of shear-banding. In this regime, in phase oscillations of the shear stress and of the first normal stress difference are recorded in a shearing device operating under controlled strain. The main goal of this work consists in finding correlations between rheological reponses, optical observations and ultrasonic velocimetry measurements in order to bring information on the mechanism which leads to the formation of these time periodic variations of shear stress. The direct observation of the annular gap of a Couette cell in a direction perpendicular to a plane containing the vorticity shows that the turbidity of the whole sample also undergoes time dependent variations with the same period as the shear stress; these variations are related to a periodic variations of the concentration of shear induced structures (SIS). However local velocity measurements reveal clearly the presence of slip at the walls of the Couette cell. In the shear-thickening regime, velocities present periodic fluctuations which probably induce shear stress oscillations.