Rhéologie et produits formulés complexes

La plupart des produits formulés (produits alimentaires, produits de soins ou cosmétiques, peintures et vernis...) possèdent une rhéologie complexe, en ce sens qu'ils ne peuvent être caractérisés par une mesure unique de viscosité. En effet, la viscosité de ces produits est une fonction du type et de l'intensité de la sollicitation mécanique impartie, de l'échelle de temps considérée, du niveau de structuration ou d"organisation des différents éléments constitutifs du produit formulé et de l'équilibre des forces d'interaction entre ces différents éléments. Par ailleurs, les produits formulés doivent présenter des propriétés et fonctions d'usage ou d'application. Par exemple, dans le domaine des peintures industrielles, différentes formulations peuvent présenter des viscosités Störmer semblables, mais un comportement visqueux fort différent sur une large place de vitesse de cisaillement, ce qui peut conditionner le choix d'une formulation en relation avec les modes d'application ou d'utilisation. Qui plus est, ces formulations doivent posséder des propriétés thixotropes bien dosées pour éviter les coulures ou traces de pinceau. Ces propriétés sont souvent obtenues grâce à la présence d'additifs dits modificateurs de rhéologie (polymères, additifs particulaires, surfactants...). Contrôler l'action de ces additifs, leur mode et leur protocole d'incorporation au cours d'un procédé d'élaboration de produits formulés est crucial pour l'obtention des caractéristiques ultimes de ces produits. Il existe des couplages forts et irréductibles entre formulation, rhéologie et génie des procédés qu'il est fondamental d'appréhender et de maîtriser.

Afin d'étudier ces produits formulés complexes, nous avons développé ce que nous avons convenu d'appeler une rhéologie systémique, qui s'avère être un outil méthodologique original. Cette rhéologie systémique ne prétend pas se substituer à la rhéologie traditionnelle, mais apporte un éclairage plus que complémentaire comme pourront le montrer trois exemples d'application.

De nombreux produits formulés complexes se présentent sous la forme de suspensions colloïdales. La rhéo-optique relève de la rhéo-physique, laquelle fait abstraction des lois types de comportement et vise à prédire le comportement rhéologique à partir de propriétés microscopiques évalués en écoulement (discipline en plein développement). Les techniques de rhéo-optiques permettent d'étudier leur structure dans des conditions d'écoulement contrôlées.

Les produits pulvérulents sont aussi des produits formulés complexes. Ils sont de plus en plus présents dans nombre de secteurs d'application industrielle. La mise en œuvre et l'utilisation de ces produits pulvérulents utilisent des méthodes indirectes (angle de talus, indice de coulabilité...) ou directes (cellules de cisaillement...) qui se heurtent à des difficultés de reproductibilité et d'interprétation, liées à la topologie des empilements adoptée lors de leur conditionnement . Le développement d'une cellule de mesure de milieux pulvérulents vibrés, s'appuie entre autres sur l'outil « rhéologie systémique » et pallie les difficultés susmentionnées. Deux exemples d'application illustrent les potentialités de la démarche.

La rhéologie de surface est une discipline en plein essor, tellement importante pour de très nombreux produits formulés complexes.