Chapitre6•Rhéologiedesfluides
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chimique. En observant au microscope un polymère fondu à l’état de repos (donc en l’absence de contrainte), on constate que chaque macromolécule s’enchevêtre sur elle-même
et avec les autres pour former ce que l’on appelle une pelote statistique, cette pelote baignant dans un solvant (voir Figure 6.1).
liaison
chaîne de polymères
Figure6.1–Exempledepelotestatistiqueforméedemacromolécules
monodimensionnelles(casdespolymèresthermoplastiques,schéma
degauche)etdemacromoléculetridimensionnelle(casdespolymères
thermodurcissables,àdroite).
6.2 comPorTemenT Pseudo-PlasTique
6.2.1Explicationphénoménologique
En répétant l’expérience de Newton avec un polymère fondu, on constate qu’il n’y a plus
de relation linéaire entre contrainte et vitesse de déformation (voir chapitre 1). On trouve
en effet que la viscosité dynamique m dépend du taux de cisaillement
. Lorsqu’on augmente le taux de cisaillement on constate une diminution de la contrainte, on parle alors
de comportement pseudo plastique ou bien encore rhéo-fluidifiant. Les équations de
Navier-Stokes ne peuvent donc constituer qu’une approximation de ce type d’écoulement.
Il est assez simple d’expliquer le comportement pseudo plastique d’un point de vue phénoménologique en examinant le matériau polymère à l’état fondu à l’échelle de la pelote
statistique. À l’état de repos, si la macromolécule n’est soumise à aucune contrainte, elle
va avoir tendance à se regrouper sur elle-même (conformation mettant en jeu une énergie
minimale). Dans l’expérience de Newton, l’écoulement unidirectionnel va avoir tendance
à étirer les macromolécules dans le sens de l’écoulement. Cet étirage est réversible dans
le sens où la macromolécule retrouvera sa conformation initiale de repos lorsque l’on
cessera l’écoulement. Le temps d’élongation et de retour à la configuration de repos est
caractérisé par une durée l intrinsèque à la macromolécule. Durant l’écoulement chaque
macromolécule va posséder une sphère d’influence dont le rayon R est le rayon de la
pelote statistique représentée sur la Figure 6.1. Si la distance d entre 2 macromolécules
en écoulement est inférieure à 2R, il y a alors possibilité d’enchevêtrement de ces 2
macromolécules. Dans ce cas, la viscosité apparente du fluide sera plus importante. On
voit alors que la possibilité pour que l’inégalité d < 2R soit vérifiée va dépendre du temps
pendant lequel les deux macromolécules seront en possible interaction. Ce temps étant
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chimique. En observant au microscope un polymère fondu à l’état de repos (donc en l’absence de contrainte), on constate que chaque macromolécule s’enchevêtre sur elle-même
et avec les autres pour former ce que l’on appelle une pelote statistique, cette pelote baignant dans un solvant (voir Figure 6.1).
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Figure6.1–Exempledepelotestatistiqueforméedemacromolécules
monodimensionnelles(casdespolymèresthermoplastiques,schéma
degauche)etdemacromoléculetridimensionnelle(casdespolymères
thermodurcissables,àdroite).
6.2 comPorTemenT Pseudo-PlasTique
6.2.1Explicationphénoménologique
En répétant l’expérience de Newton avec un polymère fondu, on constate qu’il n’y a plus
de relation linéaire entre contrainte et vitesse de déformation (voir chapitre 1). On trouve
en effet que la viscosité dynamique m dépend du taux de cisaillement
. Lorsqu’on augmente le taux de cisaillement on constate une diminution de la contrainte, on parle alors
de comportement pseudo plastique ou bien encore rhéo-fluidifiant. Les équations de
Navier-Stokes ne peuvent donc constituer qu’une approximation de ce type d’écoulement.
Il est assez simple d’expliquer le comportement pseudo plastique d’un point de vue phénoménologique en examinant le matériau polymère à l’état fondu à l’échelle de la pelote
statistique. À l’état de repos, si la macromolécule n’est soumise à aucune contrainte, elle
va avoir tendance à se regrouper sur elle-même (conformation mettant en jeu une énergie
minimale). Dans l’expérience de Newton, l’écoulement unidirectionnel va avoir tendance
à étirer les macromolécules dans le sens de l’écoulement. Cet étirage est réversible dans
le sens où la macromolécule retrouvera sa conformation initiale de repos lorsque l’on
cessera l’écoulement. Le temps d’élongation et de retour à la configuration de repos est
caractérisé par une durée l intrinsèque à la macromolécule. Durant l’écoulement chaque
macromolécule va posséder une sphère d’influence dont le rayon R est le rayon de la
pelote statistique représentée sur la Figure 6.1. Si la distance d entre 2 macromolécules
en écoulement est inférieure à 2R, il y a alors possibilité d’enchevêtrement de ces 2
macromolécules. Dans ce cas, la viscosité apparente du fluide sera plus importante. On
voit alors que la possibilité pour que l’inégalité d < 2R soit vérifiée va dépendre du temps
pendant lequel les deux macromolécules seront en possible interaction. Ce temps étant
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