6.2 Comparaison des rhéologies volumiques et à l’échelle sub-micronique
6.2.2 Formulation modèle : mélange d’EDA et d’acides gras à 70% dans
6.2.2.1 Rhéologie volumique : système rhéofluidifiant
La courbe d’écoulement du mélange d’EDA et d’acides gras à 70% dans l’eau est repré-sentée sur la figure 6.12. La solution présente une organisation en phase lamellaire, consti-tuée de bicouches d’acides gras, capables de glisser les unes par rapport aux autres. Le mélange présente un comportement rhéofluidifiant. Sa viscositéη est de 1.6 Pa.s à un taux de cisaillement de 10 s−1, soit plus de 1000 fois la viscosité de l’eau et des phases isotropes. L’ajustement de la courbe d’écoulement avec une loi de puissance donne η = 7.5 ˙γ−0.66. Ces mesures sont en accord avec les études précédentes (93). Ce type de comportement a déjà été observé sur des systèmes présentant des phases lamellaires. Par exemple, Roux et al. (96) montrent la présence de deux plateaux newtoniens à bas et à haut taux de cisaille-ment, avec une rhéofluidification pour des taux de cisaillement compris entre 1 et 100 s−1 en loi de puissanceη = A ˙γ−0.8 pour un mélange SDS/pentanol/dodécane à 71% dans l’eau.
6.2.2.2 Rhéologie confinée : fluide à seuil
Du fait de sa viscosité très élevée, la phase lamellaire (mélange d’EDA et d’acides gras à 70% dans l’eau) a pu être injectée dans les dispositifs micro-nanofluidiques seulement. La
10−1 100 101 102 103 10−1 100 101 102 10 Taux de cisaillement (1/s) Viscosité (Pa.s)
Figure 6.12 –Viscosité,η du mélange d’EDA et d’acides gras à 70% dans l’eau, présentant une phase lamellaire
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en fonction du taux de cisaillement et ajustement avec une loi de puissance η = 7.5 ˙γ−0.66 (—
), caractérisant la rhéofluidification de la solution.hauteur des canaux est de 980 et 1500 nm. Son injection requiert de monter à une pression de 4.5 bars, sans quoi on n’observe pas d’écoulement du fluide. Ces pressions sont proches de la contrainte maximale que peut supporter le verre.
D’une part, lorsque le fluide s’écoule dans des canaux, on observe l’apparition de stries de plus grande intensité de fluorescence dans la solution. Ces stries apparaissent lorsque le fluide est mis en écoulement et se déplacent à la même vitesse que le fluide. Deux images de nanocanaux de a) 980 nm et b) 1500 nm de hauteur sont présentées sur la figure 6.13. Le fluide en écoulement dans ces canaux présente des stries qui peuvent laisser penser à la présence de défauts dans les bicouches d’acides gras et qui permettent l’écoulement du fluide.
Les mesures de vitesse moyenne dans un canal de 1500 nm sont représentées sur la figure 6.14.
Le système semble présenter un seuil d’écoulement puisque la vitesse reste proche de zéro jusqu’à ce que le gradient de pression dépasse 2.5×105 Pa, correspondant à une contrainte de cisaillement seuil de 190 Pa, en prenant la formule σP = (∆Pi/L)(h/2) avec∆Pi = (P2− P1) ((L−Li)/L). Dans cette expérience, une ou deux mesures de vitesse, très rapprochées dans le temps, sont réalisées pour chaque gradient de pression.
D’autre part, on remarque des fluctuations temporelles de vitesses importantes pour un gradient de pression fixé. Le protocole de l’expérience est modifié : pour chaque gradient de pression appliqué aux bornes d’un microcanal de 980 nm, une dixaine de mesures de vitesse espacées dans le temps sont réalisées. Des fluctuations temporelles sont observables sur la figure 6.15. Elles sont à l’origine d’une dispersion des points expérimentaux qui n’est
30 µm 30 µm
h=980 nm h=1500 nm
Figure 6.13 – Images d’un mélange d’EDA et d’acides gras à 70% dans l’eau s’écoulant dans des canaux de hauteurh, égale à 980 nm et 1500 nm.
0 1 2 3 4 x 105 0 1 2 3 4 5 6 7 8x 10
−5 eau EDA Acides Gras 70%
P 2−P 1 (Pa) Vitesse moyenne v 0 (m/s)
Figure 6.14 –Vitesse moyennev0mesurée par extinction de fluorescence en fonction du gradient de pression imposé aux bornes des microcanauxP2− P1 pour un mélange d’EDA et d’acides gras à 70% dans l’eau pour des canaux de hauteurh de 1500 nm.
pas reliée à l’incertitude de mesure. En effet, la méthode d’extinction de fluorescence nous permet de mesurer des vitesses entre 10−6 et 10−3 m/s. Bien que les vitesses mesurées soient proches de la limite basse de la gamme de vitesse, la phase lamellaire ayant une forte viscosité, les mesures de vitesses restent précises. La vitesse de diffusion des molécules fluorescentes est très faible dans un fluide de viscosité élevée. La ligne photoblanchie reste parfaitement résolue tout au long de la mesure. Il semble que le seuil d’écoulement n’a pas été franchi dans cette expérience puisque les vitesses restent très faibles, de l’ordre de 10−5 m/s.
0 1 2 3 4 x 105 0 2 4 6 8 10 P 2−P 1 (Pa) Vitesse moyenne v 0 (m/s)
Figure 6.15 –Vitesse moyennev0mesurée par extinction de fluorescence en fonction du gradient de pression imposé aux bornes des microcanauxP2− P1 pour un mélange d’EDA et d’acides gras à 70% dans l’eau pour un canal de hauteurh de 980 nm.
Tout laisse à penser que la rhéologie de la phase lamellaire est modifiée par le confi-nement, puisqu’on passe d’un système rhéofluidifiant en volume à l’apparition d’un seuil d’écoulement important en géométrie confinée. Les fluctuations de vitesse peuvent faire penser à un mécanisme de stick-slip de la phase lamellaire en géométrie confinée. Ce méca-nisme a été mis en évidence sur d’autres systèmes autoassemblés de tensioactifs en phase lamellaire (97). Il serait intéressant de vérifier la reproductibilité du comportement en géo-métrie confinée, en étudiant par exemple l’évolution de la contrainte de cisaillement seuil avec le confinement, et d’étudier les fluctuations temporelles de vitesse. Il serait également intéressant de relier les fluctuations de vitesse et le seuil d’écoulement à l’apparition de défauts dans la structure en bicouches de la solution.