Rhéologie et Plasticité

  1. Solutions de tubes lipidiques thermosensibles : jamming d’objets cylindriques
  2. Fluidisation d'un solide granulaire
  3. Plasticité précédant une avalanche

Solutions de tubes lipidiques thermosensibles : jamming d’objets cylindriques

Contact : A. Saint-Jalmes 

En collaboration avec l’INRA de Nantes, nous nous sommes intéressés à des solutions d’acide hydroxystéarique associé à des contre-ions de type alkanolamine. Il s’avère qu’avec ce type de contre-ion l’acide hydroxystéarique peut être solubilisé et se retrouvent alors auto-assemblés sous la forme de tubes multi-lamellaires de longueur typique de 10 microns.
De plus, les études structurales avaient aussi montré que cette morphologie supramoléculaire évolue réversiblement avec la température : en chauffant, les tubes augmentent d’abord de diamètre (jusqu'à Tmax), puis se re-contractent et finalement ils se rompent sous forme de micelles au delà de Tmelting .
 

Changement de morphologie des assemblages supramoléculaires et effet sur la rhéologie

Légende : Changement de morphologie des assemblages supramoléculaires et effet sur la rhéologie : 
(À gauche) passage d’un fluide visqueux à un fluide à seuil via la concentration ou la température ; en raison de la forme allongés des objets, le packing critique phi* est largement réduit par rapport à celui obtenu pour des sphères (phircp).  
(À droite) effet sur la viscosité (à trois taux de cisaillement différents) des changements de diamètre des tubes et de la  transition ‘tube’ – ‘micelle’. La viscosité passe par un maximum avant de s’effondrer à haute T.

Nous avons dans un premier temps étudié en détail la viscoélasticité volumique et interfaciale de ces solutions. En fonction de la température et de la concentration, nous avons montré et pu expliquer que ces solutions ont des propriétés rhéologiques volumiques originales, allant du fluide Newtonien, au fluide à seuil, tout en étant rhéo-fluidifiant et thermo-épaississant.  Nous avons pu ainsi montrer que ces divers comportements rhéologiques à l’échelle macroscopique se corrèlent parfaitement avec la variété des arrangements supramoléculaires. Ces etudes permettent aussi d’etudier la transition de jamming, par deux chemins differents (concentration et temperature) et pour des objets non-sphériques. 
Plus recemment, nous avons finalisé l’etude structurale de ces systèmes, de manière à comprendre en détail comment évolue les arrangements en fonction de la temperature et pour les differents contre-ions. 

Références

  • “Yielding and flow of solutions of thermoresponsive surfactant tubes: tuning macroscopic rheology by supramolecular assemblies”  A.L. Fameau and A. Saint-Jalmes. Soft Matter, 10, 3622  (2014). DOI : 10.1039/c3sm53001a
  • Morphological Transition in Fatty Acid Self-Assemblies: A Process Driven by the Interplay between the Chain-Melting and Surface-Melting Process of the Hydrogen Bonds Anne-Laure Fameau, Fabrice Cousin, Arnaud Saint-Jalmes. Langmuir, 33, 12943 (2017). DOI: 10.1021/acs.langmuir.7b02651

Fluidisation d'un solide granulaire

Dans le cadre d'une collaboration avec Eric Clément du PMMH (ESPCI, Paris), nous avons étudié l'influence d'un bruit mécanique sur la réponse en fluage d'un milieu granulaire.

Nous avons montré expérimentalement la fluidification d'un solide granulaire en présence d'oscillations de faibles amplitudes de la contrainte imposée. 

Nous avons donné une interprétation théorique originale de la suppression du seuil d'un fluide à seuil en présence de fluctuations basée sur un phénomène de ratcheting se révélant  sur les temps longs.

Figure Creep

Références :

A. Pons, T. Darnige, J. Crassous, E. Clément, A. Amon "Spatial repartition of local plastic processes in different creep regimes in a granular material", EPL 113, 28001 (2016).

A. Pons, A. Amon, T. Darnige, J. Crassous, E. Clément, "Mechanical fluctuations suppress the threshold of soft-glassy solids: The secular drift scenario", Phys. Rev. E 92, 020201(R) (2015).

A. Amon, V. B. Nguyen, A. Bruand, J. Crassous, E. Clément, "Hot Spots in an Athermal System", Phys. Rev. Lett. 108, 135502 (2012).

Plasticité précédant une avalanche

Contacts : A.Amon, J.Crassous
Collaboration : J.-C. Géminard (ENS Lyon)

Nous avons étudié expérimentalement les réarrangements plastiques précédents une avalanche dans le cas d'un granulaire progressivement incliné. Nous avons ainsi pu montrer l'existence d'un seuil interne au matériau bien avant le seuil de rupture à partir duquel des micro-ruptures quasi-périodiques sont observées.
 

Précurseurs avalanche

Une étude numérique et théorique, faite en collaboration avec Jean-Christophe Géminard du Laboratoire de Physique de l'ENS Lyon, d'un modèle de patins elastiquement liés frottants sur un plan incliné nous a permis d'expliquer la périodicité de ces micro-ruptures et d'estimer le seuil interne au matériau.

Références :

A. Amon, B. Blanc, J.-C. Géminard "Avalanche precursors in a frictional model", Phys. Rev. E 96, 033004 (2017).

A. Amon, R. Bertoni, J. Crassous, "Experimental Investigation of Plastic Deformations Before Granular Avalanche", Phys. Rev. E 87, 012204 (2013).