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Transitions de phase et propriétés mécaniques de suspensions d’argiles

Christophe Baravian Laboratoire d’Energétique et de Mécanique Théorique et Appliquée, Nancy

Les suspensions d’argile sont constituées de particules bidimensionnelles très anisotropes, d’épaisseur de l’ordre du nanomètre et de diamètre de l’ordre de la centaine de nanomètres. La structure et les propriétés mécaniques de ces milieux sont fortement liées à leur anisotropie et à la charge de surface de ces objets. Nous montrons que certaines suspensions d’argile peuvent présenter une transition de phase isotrope-nématique très brutale, telle que prédite par la théorie d’Onsager. Ceci remet en cause la vision classique de l’organisation de ces suspensions en « château de cartes », associée à une interaction attractive entre les bords et les faces de ces particules. Nous avons ainsi mené une étude systématique de ces systèmes en faisant varier la taille, l’anisotropie et la concentration en particules à de faibles forces ioniques. La mesure de la pression osmotique met tout d’abord en évidence une répulsion électrostatique dominante entre les particules, en bon accord avec la répulsion électrostatique entre deux plans parallèles infinis. Nous avons dans un second temps mesuré les facteurs de structure par analyse de diffusion de rayons X aux petits angles, décrits par une approche géométrique originale. Enfin, la rhéologie de ces systèmes en termes de viscosité et d’élasticité a été systématiquement mesurée. Lorsqu’ils sont mis sous écoulement, une très forte rhéofluidification apparaît liée à l’orientation des particules dans le champ de vitesse, mesurée par un dispositif Rhéo-SAXS que nous avons développé sur la ligne SWING du synchrotron SOLEIL.

L’organisation et les propriétés mécaniques de ces milieux sont analysées en montrant les contributions relatives des effets géométriques, de volume exclu et des interactions électrostatiques entre les particules.

Expériences rhéo-SAXS réalisées à Soleil montrant l’orientation progressive des particules par le cisaillement.