Adjuvantation de suspensions modèles : caractérisation multi-échelles

Chemical admixture in model suspensions : a multi-scale study

• Auteur / Autrice : Antoine Aubel
• Direction : Xavier Chateau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des Matériaux
• Date : Soutenance le 03/10/2023
• Etablissement(s) : Université Gustave Eiffel
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Navier (Paris-Est) - Laboratoire Navier (Paris-Est)
• Jury : Président / Présidente : Arnaud Perrot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Chateau, Élisabeth Lemaire, Thibaut Divoux, Jean-Baptiste d' Espinose, Pascal Boustingorry, Anaël Lemaître, Julie Goyon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Élisabeth Lemaire, Thibaut Divoux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Surfactants

Microstructure (physique)

Mécanique du contact

Colloïdes

Additifs

Suspensions (chimie)

Rhéologie

Mots clés libres

Rhéologie

Adjuvantation

Interactions colloïdales

Contact

Microstructure

Suspensions

Rheology

Chemical admixtures

Colloidal interactions

Contact

Microstructure

Suspensions

Résumé

Cette thèse expérimentale étudie l’effet d’un adjuvant tensioactif dans des suspensions colloïdales de particules de silice. La rhéologie de ces matériaux (seuil d’écoulement, élasticité, thixotropie) est basée sur l’existence de contacts adhésifs entre les particules. Ces contacts sont formés grâce à la présence d’un électrolyte de chlorure de calcium dans les suspensions. Leur comportement est caractérisé à différentes échelles (macro et micro) via des expériences de rhéométrie, de zétamétrie, de Total Organic Carbon, de microscopie confocale et de pinces optiques. Les résultats obtenus mettent évidence que l’adjuvantation provoque une variation non-monotone de la rhéologie des suspensions qui s’explique par des évolutions de la microstructure et des propriétés des contacts quand le tensioactif s’adsorbe sur les particules. Ces résultats fondamentaux sur les suspensions de particules de silice, qui sont des matériaux modèles, ont été confrontés au comportement de suspensions de quartz broyé pour évaluer la pertinence/la limite des scénarios proposés vis-à-vis des applications

In this experimental PhD thesis, we investigated the effects of a surfactant admixture in colloidal suspensions made of silica beads. The rheology of these materials (yield stress, shear elastic modulus, aging) arises from adhesive contacts between the silica beads. These contacts are formed by adding a calcium chloride salt into the suspensions. We probed the suspensions from macro to micro scale using rheometry, zetametry, Total Organic Carbon, confocal microscopy and optical tweezers experiments. Results highlighted that the surfactant leads to non-monotonic variations in the suspension bulk rheology. These variations arises from microstructure and contact changes when the surfactant adsorbs onto the silica particle surfaces. We compared these fundamental results on silica bead suspensions, which are model materials, to the behaviour of crushed quartz suspensions in order to assess the scenarios we proposed from the standpoint of industrial applications