Dans cette partie, nous allons tester l’influence d’ajout des particules d’ensemencement et de colorant sur les propriétés rhéologiques du sédiment modèle mère. Les marqueurs testés sont des particules de polyamide (Vestosint) dans lesquels peuvent être encapsulé un colorant fluorescent (la rhodamine), alors que le colorant est de type alimentaire (Vahiné). En effet, ces produits sont ajoutés au sédiment modèle testé lors des expériences d’érosion (chapitre 4). Le colorant alimentaire est ajouté pour faire des essais préliminaires d’érosion et les marqueurs sont ajoutés pour faire des mesures PIV (Particle Image Velocimetry, technique de mesure optique de vitesse expliquée dans le §3 du chapitre 3). Les caractéristiques de chaque additif sont :
Vestonsit 2158 : C’est un polyamide en poudre fine de couleur naturelle blanche dont le d50 des particules est 20µm. Sa masse volumique égale à 1,016 g/cm3. Il est utilisable dans le revêtement liquide des systèmes et comme particules d’ensemencement pour la mesure de PIV du fait que sa masse volumique est très proche de celle de l’eau.
Marqueur fluorescent : La rhodamine, colorant fluorescent, est encapsulé dans les particules de Vestosint 2158 de diamètre d50 égal à 20μm. Ce sont des particules de couleur magenta. Elles sont utilisées comme traceur fluorescent pour la mesure de PIV. Colorant alimentaire : C’est un colorant alimentaire non toxique (sous forme liquide). Pour cela, quatre suspensions différentes, chacune de 150 g sont préparées en suivant le protocole 2 du §3.1 de ce chapitre. Les ajouts de colorants ou de particules se font lors de la dernière phase de mélange :
Chapitre 2
Suspensions But Méthode de fabrication
Sédiment modèle mère : 0,5% CMC
+ 1% Laponite
comparer avec les suspensions avec
additifs
Le protocole 2 du §3.1 de ce chapitre qui consiste à faire deux suspensions distinctes de Laponite et de CMC puis de les mélanger
Sédiment modèle mère + Vestonsit
mesure de PIV
La concentration en particules dans la suspension est de 4 g/m3 ce qui correspond à 0,6 mg pour le 150 g. La méthode de fabrication est la même que la suspension S1’ sachant que la masse pesée de Vestonsit est ajoutée juste avant l’ajout de la Laponite sur le CMC. Le but est d’ajouter les particules avant que le gel soit formé pour ne pas les bloquer dans le réseau tridimensionnel et pour rendre la suspension plus homogène.
Sédiment modèle
mère + rhodamine Idem à la suspension (Sédiment modèle
mère +Vestosint) Sédiment modèle mère + colorant alimentaire Faire des expériences préliminaires d’érosion, avant de
faire les mesures PIV (explication §1.2 du chapitre 4)
Comme ce colorant est sous forme liquide et que son but est de colorier le gel tout entier, il est ajouté juste après l’ajout de la Laponite sur le CMC. Sur la balance, une masse de colorant de 1 g est suffisant pour colorier le gel.
Tableau 2. 6 : Matrice des essais d'ajout d'additifs sur le sédiment modèle mère
Ces suspensions sont suivies pendant 27 jours pour voir l’effet de chaque additif sur le comportement rhéologique du sédiment modèle mère. Une courbe d’écoulement est tracée à J+3, J+6, J+13, J+20 et J+27 avec J le jour de fabrication. La géométrie plan-plan est utilisée en collant des papiers de verre P240 pour limiter le glissement. L’entrefer pris dans ces mesures est de 450 µm. Le protocole adopté reste le même, une montée suivi d’une descente en vitesse imposée de 10-3 à 1000 s-1 avec des paliers de 30s (fig. 2.24). Toutes les courbes sont corrigées par la relation de Weissenberg-Rabinowitch. Les courbes d’écoulement pour toutes les suspensions sont représentées par la figure 2.35.
Comme la figure 2.35 le montre, quel que soit l’additif ajouté les courbes d’écoulements sont proches avec un léger écart pour le cas d’ajout de rhodamine. L’écart relatif est ensuite calculé entre les contraintes de la courbe de descente des suspensions avec additifs avec celle sans additif à J+20 (fig. 2.36). Le colorant alimentaire et les particules de Vestosint présentent des effets peu importants sur la rhéologie de la suspension mère. En effet l’écart relatif avec cette dernière ne dépasse pas 6%. Les particules avec rhodamine encapsulée ont un effet plus
Chapitre 2
marqué sur la suspension mère avec un écart relatif entre 7% et 11%. Il s’avère donc que la rhodamine encapsulée dans les particules doit interagir avec la suspension mère.
Figure 2. 35 : Les courbes d'écoulement pour les suspensions avec additifs
Figure 2. 36 : Ecart relatif entre les suspensions avec additif et la suspension sans additif
Pour compléter cette analyse, le modèle d’Herschel-Bulkley est tracé sur la partie descente de chacune des courbes d’écoulement et les paramètres , k et n sont tracés en fonction du temps (fig. 2.37). Les résultats montrent qu’il n’existe pas d’influence majeure de chaque additif sur le comportement rhéologique du sédiment modèle sauf pour la contrainte seuil (cas du sédiment modèle avec rhodamine encapsulée).
Chapitre 2
Figure 2. 37 : Variation des paramètres d'Herschel-Bulkley pour les suspensions avec additifs en fonction du temps
La figure 2.38 montre l’écart relatif de la contrainte seuil des suspensions avec additifs par rapport à celle sans additif. Cet écart relatif varie autour de 3% pour les particules de Vestosint et le colorant alimentaire alors qu’il est autour de 10% dans le cas de suspension avec particules de rhodamine encapsulée. Ce résultat confirme l’influence de la rhodamine relâchée dans la suspension mère sur la contrainte seuil.
Nous observons que l’écart relatif de la consistance des suspensions avec additifs par rapport à celle sans additif varie autour de 3% pour les particules de Vestosint et les particules de rhodamine encapsulée. Cet écart varie autour de 7% pour le colorant alimentaire. Contrairement à ce que nous observons pour la contrainte seuil, c’est le colorant alimentaire qui a le plus grand effet sur la consistance. Cela suppose qu’il existe des interactions entre le colorant alimentaire et la suspension avec une influence faible toutefois.
L’écart relatif de l’indice de viscosité des suspensions avec additifs par rapport à celle sans additif varie autour de 1%. Les additifs n’ont donc pas d’effets sur l’indice de viscosité.
Chapitre 2
Figure 2. 38 : L'écart relatif entre les contraintes seuil, les consistances et les indices d’écoulement des suspensions avec additif et sans additif
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