Contribution à l'étude expérimentale du rhéoépaississement et des transitions induites sous écoulements dans des solutions micellaires

Contribution to the experimental study of shear thickening and induced transitions under flows in micellar solutions

• Auteur / Autrice : Valérie Hartmann
• Direction : Robert Cressely
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Metz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biréfringence

Écoulement cisaillé

Micelles

Rhéologie

Résumé

L'objectif de ce travail a été d'étudier le comportement de solutions micellaires aqueuses sous cisaillement, grâce à la rhéologie à laquelle on a associé de façon complémentaire des expériences préliminaires de biréfringence d'écoulement et de diffusion de neutrons aux petits angles. On a utilisé des solutions d'un surfactant cationique, le bromure de cétyltriméthylammonium, auquel on a ajouté différents sels (simples ou organiques). Deux grands types de comportements ont pu être observés et soigneusement étudiés : - les solutions ont présenté, dans certaines conditions très restrictives, du rhéoépaississement (la viscosité augmente avec le gradient de vitesse). Ce phénomène est dû à la création de structures induites par le cisaillement. La nature précise de ces dernières reste à définir. Cependant, les résultats obtenus ont indiqué que celles-ci étaient des structures anisotropes importantes s'orientant fortement dans l'écoulement, comme le confirment nos mesures de biréfringence d'écoulement et de diffusion de neutrons aux petits angles. - dans d'autres circonstances, une diminution de la viscosité apparente en fonction du gradient de vitesse a pu être aussi observée. Cette évolution correspond à des phénomènes d'orientation couples à des déformations éventuelles. Un cas particulier de rhéofluidification très intéressant correspond à la présence d'un plateau de contrainte (contrainte constante en fonction du gradient de vitesse) avec apparition de bandes de cisaillement, qui pourrait être expliqué soit par de véritables instabilités mécaniques soit par l'existence de transitions de phase induite par le cisaillement. On a confronté les résultats expérimentaux obtenus avec les prévisions théoriques de cates. Au cours de ce travail, on a aussi réalisé un montage de biréfringence d'écoulement élongationnelle à l'aide d'une cellule à quatre cylindres créant un écoulement hyperbolique plan. On donne les résultats préliminaires obtenus également avec diverses solutions micellaires (uniformité du champ et saturation de la biréfringence d'écoulement). D'autres études systématiques avec d'autres techniques seront nécessaires pour appréhender les mécanismes réels mis en jeux et la nature exacte des structures induites dans les différentes situations

The aim of this work was to study the behaviour of aqueous micellar solutions under shear. We used rheology and, to obtain complementary results, preliminary experiments of flow birefringence and small-angle neutron scaterring. We used solutions of a cationic surfactant, the cetyltrimethylammonium bromide, to which we added different salts (simple or organic). Two class of behaviours have been observed and carrefully studied : the solutions have exhibited, with very restricted conditions, shear thickening (the viscosity rises with the shear rate). This phenomenon is caused by the creation of shear induced structures. The exact nature of these structures remains to be defined. However, the obtained results have shown that those were large anisotropic structures, strongly oriented under flow, as confirmed by our measurements of flow birefringence and small-angle neutron scattering ; in other circumstances, a decrease of the apparent viscosity versus the shear rate has also been observed. This evolution corresponds to orientation phenomena connected with possible deformations. A very interesting particular case of shear thinning corresponds to the presence of a shear plateau (constant shear stress against shear rate) with appearence of shear banding structures, which could be explained by true mechanical instabilities or the existence of phase transisitions induced by shear. We have compared our obtained results with the theorical predictions of Cates. During this work, we have also realized an elongational flow birefringence device with a four roll cell generating a plane hyperbolic flow field. We have given preliminary results obtained with different micellar solutions (relative to the uniformity of the field and saturation of the induced flow birefringence). Other systematic studies with other techniques will be necessary to understand the real mechanisms occuring and the exact nature of the induced structures in the different situations