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RÉSUMÉ
En combinant les avancées en matière d'étude des surfaces, de tribologie, de mouillabilité aux protocoles de rhéologie, une nouvelle méthode d'étude des fluides a été élaborée, présentée dans cet article. La relaxation dynamique sonde la dynamique à l'échelle macroscopique, en imposant par contact avec le substrat, une contrainte de cisaillement de fréquence variable. Cette optimisation des contacts met en évidence l'existence d'une composante élastique (solide) macroscopique, loin de toute transition. Cette élasticité macroscopique provient des interactions intermoléculaires qui sont habituellement négligées dans les approches classiques. Ce nouveau protocole de mesure montre qu'en optimisant l'interaction entre le fluide et la surface, la réponse dynamique du fluide peut être de plusieurs décades plus élevée et que le module de cisaillement ne s'annule pas à basses fréquences. Cette observation illustre le haut degré d'interconnectivité entre molécules. L'existence de cette cohésion élastique à longue portée permet d'expliquer l'apparition d'instabilités d'écoulement, de relaxations lentes, de transitions induites sous écoulement.
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Patrick BARONI
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Hakima MENDIL-JAKANI
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Laurence NOIREZ
INTRODUCTION
L'étude systématique des propriétés dynamiques des fluides, enrichie par l'émergence de nouvelles disciplines telles que la micro-rhéologie et la tribologie, montre l'impossibilité de décrire le fluide comme un ensemble homogène de l'échelle macroscopique à l'échelle moléculaire. Revisiter certains protocoles de mesure utilisés en rhéologie, dans l'espoir de les améliorer, en exploitant les avancées récentes faites en tribologie, en adhésion et en mouillage est l'objet de cet article.
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Optimisation de la mesure en relaxation dynamique
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1. Principe de mesure des grandeurs viscoélastiques
Patrick BARONI est assistant-ingénieur CNRS.
Hakima MENDIL-JAKANI est ingénieur UPMC, docteur ès Sciences, ingénieur CEA, CE-Grenoble.
Laurence NOIREZ est ingénieur EAHP, docteur ès Sciences, directeur de Recherches CNRS.
La connaissance des caractéristiques dynamiques des matériaux est une donnée indispensable à leur mise en œuvre et à leur utilisation dans des conditions optimales. Des trois états de la matière, l'état liquide difficilement modélisable et au comportement difficilement prédictible est certainement le plus mal connu. L'étude systématique des propriétés dynamiques des fluides est une discipline récente. La rhéologie avec l'émergence des rhéomètres commerciaux s'est rapidement imposée comme la discipline de caractérisation à l'échelle macroscopique de matériaux fluides ou déformables. Son principe consiste essentiellement en l'examen de la réponse transmise par le matériau soumis à une sollicitation mécanique dynamique. Cette technique est entièrement tributaire des conditions d'interaction entre le matériau et le substrat. Pourtant, très peu d'études ont eu pour objet l'analyse de l'influence du choix de matériau de surface, et de la nature de l'interaction entre le support (substrat) et l'échantillon sur le comportement rhéologique. La raison est principalement historique : elle vient de ce que l'on a longtemps considéré que l'interaction entre un liquide et une surface n'a pas d'effet sur la qualité de la mesure, tant il paraissait acquis qu'un liquide mouille toujours toute surface.
L'émergence de nouvelles disciplines comme la micro-rhéologie, la tribologie, l'étude de l'influence de la surface montre l'impossibilité de décrire le fluide comme un ensemble homogène de l'échelle macroscopique à l'échelle moléculaire et invite à revisiter certains protocoles utilisés en rhéologie. Cet article met en évidence les difficultés inhérentes à la méthode et propose d'exploiter les avancées récentes obtenues en tribologie, en adhésion, en mouillage pour améliorer les conditions de la mesure en rhéologie.
Nous proposons d'améliorer les performances des mesures rhéologiques standard en prenant en compte la nature de...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - LAUGA (E.) - Microfluidics : The No-Slip Boudary Condition, Handbook of Experimental Fluid Dynamics. - Chap. 19, C. Tropea, A. Yarin, J.F. Foss Eds., Springer, NY (2007).
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(2) - YOUNG (T.) - * - Philos. Trans. R. Soc. London, 95, p. 65, (1805).
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(4) - BARRAT (J.-L.), BOCQUET (L.) - Influence of wetting properties on hydrodynamics boundary conditions at a fluid/solid interfaces. - Faraday Discussion, 112, p. 119-127 (2001).
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(5) - BARRAT (J.-L.), BOCQUET (L.) - Large slip effect at a nonwetting fluid-solid interface. - Phys. Rev. Lett., 82(23), p. 4671-4674 (1999).
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(6) - SCHMATKO (T.), HERVET (H.), LÉGER (L.) - Friction and slip at simple fluid-solid interfaces : the roles of the molecular...
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