Latex29

Les courbes de la figure 2.2 repr´esentent les mesures de perte de masse m(t) durant le s´echage ainsi que le taux de perte de masse dm/dt (la d´eriv´ee par rapport au temps

de la courbe m(t)) d’un volume initial Vi ≈ 0.09 ml de la suspension Latex29, soit une

´epaisseur initiale de film h0 ≈ 411µm. Ce volume est d´epos´e sur une lame rectangulaire

de longueur L = 2 cm et de largeur W = 0.85 cm. Les r´esultats sont obtenus pour une

hygrom´etrie RH= 65 ± 4% et une temp´erature T=23 ± 3‰. Les images de la figure

repr´esentent la vue de dessus de la surface libre du film. Elles montrent l’´etat du film `a diff´erents instants du s´echage.

2.2.2.1 Vitesse de s´echage

L’exp´erience de la cin´etique du s´echage du Latex40, conform´ement `a la description

g´en´erale (§1.1.2), contient deux p´eriodes suivant le comportement du taux de perte de

masse dm/dt :

1. La p´eriode lin´eaire CRP, est caract´eris´ee par un taux de perte de masse constant

1.2×10−5g.s−1. C’est la plus longue des deux p´eriodes et dure environ 88 minutes.

2

La pr´ecision n´ecessaire ne supportait pas les vibrations de l’enceinte climatique, nous avons donc fait construire une enceinte en plexiglas pour recouvrir la balance.

2. Ensuite commence la p´eriode FRP marqu´ee par la diminution progressive de la vitesse d’´evaporation. Cette derni`ere atteint une valeur nulle marquant la fin du s´echage au bout d’un temps t ≈ 105 min pris `a partir du d´ebut du s´echage soit une p´eriode FRP d’environ 17 min.

−2 t(min) m dm/dt m (g ) d m d t (g / s) ×10−⁵ ×10−² 20 40 60 80 1 3 5 7 9 CRP F _FRP 100 −1.5 −1 −0.5 0 t = 0

88min < t < 89min 89min < t < 91min

t > 94min { { a O a O b O b O c O c O d O d O

Fig. 2.2 – Corr´elation entre images du film et courbes d’´evolution de la masse m et

du taux de variation de la masse ^dm_dt d’un volume initial Vi ≈ 0.09 ml de la suspension

collo¨ıdale Latex29, soit une ´epaisseur initiale de film h₀ ≈ 411µm. Exp´erience r´ealis´ee

sur une lame rectangulaire de dimensions 2 ×0.85×(75×10−4) cm3, `a une hygrom´etrie

RH= 65 ± 4% et T = 23 ± 3‰. (a-d) : ´Evolution de la surface libre de la suspension

lors du s´echage. (a) Suspension `a t = 0 min. (b) Formation du solide et d´ebut de la fracturation `a 88 min < t < 89 min. (c) D´eveloppement du r´eseau de fractures et d´ebut de la d´elamination `a 89 min < t < 91 min. (d) Film `a la fin de la fracturation et de la d´elamination t > 94 min.

2.2.2.2 Images de la surface du film

Analysons maintenant l’´evolution de la surface du film `a partir des observations qu’on porte sur une s´equence d’images prises `a des instants particuliers du processus de s´echage. Nous remarquons `a partir du changement dans la couleur du volume de la suspension d´epos´e que le film semble ˆetre homog`ene `a chaque instant du s´echage. Ce constat est caract´eristique du s´echage isotrope par le dessus (non lat´eral) des films :

– `A l’instant initial t = 0 min qui correspond `a l’instant du d´ebut de

l’acquisi-tion, nous observons un film de couleur blanche opaque. Cette couleur traduit le caract`ere liquide de la suspension.

– Au bout d’environ 80 min du d´ebut du s´echage, le film change progressivement de couleur et devient transparent ce qui prouve la formation d’un solide poreux. – Quelques secondes apr`es la formation du solide (t > 80min), les premi`eres frac-tures apparaissent. On les voit d’abord s’amorcer d’un cˆot´e de la lame (image 2.2.b montrant l’´etat du film `a un instant t∈ [88, 89]min).

– Aux instants t∈ [89, 91]min, un r´eseau de fractures d´elimitant des polygones plus ou moins r´eguliers envahit le plan du film. Peu apr`es, suit la d´elamination qui m`ene au d´ecollement des polygones. Nous observons `a ces derniers instants un changement d’apparence du film qui passe progressivement d’une structure transparente `a une structure opaque marquant la fin du s´echage.

2.2.2.3 Couplage entre vitesse de s´echage et ´etats de surface

´

Etablissons maintenant la correspondance entre les diff´erents ´etapes de s´echage donn´ees par les deux courbes et les observations sur l’´evolution de la couche de la suspension durant le s´echage :

– Durant la p´eriode CRP (t < 88 min), le film initialement turbide change d’ap-parence progressivement pour devenir transparent. Cette tendance marque le d´ebut de la formation du solide poreux. Durant cet intervalle de temps, aucun

ph´enom`ene ne fait obstacle `a l’´evaporation et le film de suspension se comporte comme un film d’eau pure pris dans les mˆemes conditions de s´echage.

– Vers t ≈ 80 min, le film devient capable de transmettre des efforts `a travers son r´eseau de particules. D`es lors, la r´etraction du film due `a la consolidation du r´eseau de particules d’un cˆot´e et sa frustration par l’adh´esion sur le substrat d’un

autre cˆot´e ont pour cons´equence la cr´eation de contraintes de tension (cf.§1.2).

– Au cours de la formation du film, nous enregistrons une forte variation de la vitesse d’´evaporation sur une p´eriode restreinte (zone F entre t ≈ 88 min et t ≈ 95 min) qui co¨ıncide avec l’apparition des premi`eres fractures. Ce changement dans la vitesse d’´evaporation peut s’expliquer par le fait que les surfaces de fractures repr´esentent de nouvelles surfaces d’´evaporation dans le film. Leur apparition augmente la surface globale du film qui est en contact avec l’air ambiant et par cons´equent augmente la vitesse d’´evaporation qui m`ene vers t ≈ 88 min `a la formation de fissures.

– Suite `a cet ´ev`enement, on observe la diminution progressive de la vitesse d’´evaporation qui marque le d´ebut de la p´eriode FRP. Dans cette p´eriode, les contraintes de ten-sion dues `a la r´etraction frustr´ee du film, augmentent d’intensit´e et d’autres frac-tures apparaissent et rejoignent les pr´ec´edentes suivant le processus hi´erarchique d´ecrit dans le paragraphe 1.3.2. En quelques secondes, les fractures envahissent la totalit´e du film pour former un r´eseau d´elimitant des polygones. Ces polygones d´elaminent juste apr`es leur cr´eation. Au fur et `a mesure de la progression du processus du s´echage, l’eau subsistante dans le poreux et la vitesse d’´evaporation deviennent de plus en plus faibles. Le film transparent devient blanc `a cause du vide dans les pores [78] et finalement la vitesse tend vers une valeur nulle.