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Une nouvelle technique pour mesurer des propriétés rhéologiques jusqu’à 10 kHz

La gamme de fréquences accessible en rhéomètrie conventionnelle est limitée : des mesures aux fréquences supérieures à environ 10Hz sont un enjeu expérimental. Il est toutefois crucial de pouvoir caractériser les propriétés hautes fréquences de milieux viscoélastiques. En effet, les temps caractéristiques de ces milieux s’étendent sur plusieurs ordres de grandeur en raison des échelles de taille multiples de leur structure.
Nous mesurons les propriétés rhéologiques de milieux allant des liquides complexes aux solides mous dans une gamme de fréquences allant de 0,1 Hz à 10 kHz. Nous utilisons une technique non invasive que nous avons développée : la technique de « Surface Fluctuation Specular Reflection (SFSR) ». La technique est basée sur la mesure des fluctuations thermiques des surfaces libres des milieux, sur lesquelles un faisceau laser est réfléchi. La propagation des vagues de surface thermiques est régie par les valeurs de la tension de surface, de la masse volumique et du module viscoélastique complexe du milieu. Plusieurs modes de surface contribuent au signal de SFSR et l’effet dominant mesuré par la technique dépend des valeurs du module et de la fréquence. A tension de surface et masse volumique fixées, les variations avec la fréquence du module élastique et du module de perte peuvent être déduites du spectre des fluctuations. Nous avons ainsi mesuré les propriétés de viscoélasticité linéaire de solutions de polymère supramoléculaires, formés par des molécules s’associant par liaisons hydrogène. Aux basses fréquences, l’accord avec les mesures rhéométriques est excellent. Aux hautes fréquences, le comportement de ces systèmes n’avait jamais été mesuré. Nous montrons qu’il est similaire à celui des solutions de micelles géantes.

B. Pottier, G. Ducouret, C. Frétigny, F. Lequeux and L. Talini
A paraître dans Soft Matter (2011)