Thèse présentée à Faculté des Sciences de l'Université de Paris

pour obtenir le grade de Docteur es Sciences Physiques

par ¶

Daniel Bourgoin

Corrélation entre structures et propriétés rhéooptiques de solutions micellaires et macromoléculaires concentrées

soutenue le 15 March 1963

devant la commission d'examen :

Lucas, R., président

Champetier, G, et Mathieu, J. P., examinateurs

CONCLUSIONS GÉNÉRALES.

Comparés aux résultats des études par diffraction des rayons X de solutions ayant une structure cristalline, ceux obtenus par l'application des méthodes rhéooptiques à l'étude de solutions à structure isotrope au repos ne permettent pas une description, aussi précise qu'on pourrait le souhaiter, de ces structures. Néanmoins, ils révèlent plusieurs aspects intéressants du comportement de ces solutions vis-à-vis de variations de paramètres très divers à savoir : la vitesse de déformation, la concentration de la substance colloïdale, la concentration en électrolyte, la température et le temps.

Nous avons montré qu'il fallait renoncer à expliquer les structures des systèmes en écoulement uniquement par l'orientation et la déformation des particules plus ou moins polydispersées et mécaniquement indépendantes.

En particulier, il y a lieu de distinguer entre la structure au repos et les structures apparaissant dans différents domaines de vitesse de cisaillement. Chacune de ces structures a dans son domaine d'existence la possibilité de subir de petites modifications, mais deux structures appartenant à des domaines voisins peuvent être très différentes.

Ainsi avec le système acide mercuresulfosalicylique-eau, sous l'action de vitesse de cisaillement croissantes, il y a passage, dans un petit intervalle de celles-ci, d'une structure réticulée à une structure de solution contenant des particules mécanique- ment indépendantes les unes des autres, tandis qu'avec le système alcool polyvinylique-borate de sodium-eau, sous l'effet de la même cause, il y a passage d'une structure de particules indépendantes, quasi sphériques, à une structure de système réticulé.

D'ailleurs ces changements de structure peuvent avoir une action directe sur le régime hydrodynamique (newtonien, thixotrope, dilatant) et même sur le mécanisme de l'écoulement : déformation du système soit par composition d'une vitesse de rotation et d'une vitesse de déformation pure, soit par glissement sur eux-mêmes de feuillets très minces, parallèles à la direction d'écoulement. Ainsi avec le systèmes laurate de potassium-chlorure de potassium-eau, dans la région II de la phase isotrope, sous l'influence de vitesses de cisaillement croissantes, on passe d'un régime newtonien à un régime thixotrope et enfin à un régime lamellaire.

De l'ensemble des expériences, il ressort des faits nouveaux importants qui ne peuvent être expliqués par la théorie de l'orientation hydrodynamique de particules indépendantes à savoir :

1° L'angle d'extinction pour les domaines de grandes vitesses de cisaillement atteint une valeur sensiblement constante pour un système donné. Cette valeur peut être très différente de la direction  ( d'écoulement.

2° L'intensité de la biréfringence, dans le domaine des petites vitesses de cisaillement, avec des structures réticulées reste constante, alors que l'angle d'extinction est généralement une fonction crois santé de la vitesse de cisaillement.

3° Au cours de cette étude, nous avons été conduits à envisager l'existence d'une structure spéciale, douée d'un pouvoir rotatoire, ayant la symétrie du cylindre tournant. (Solution de laurate à 1% appartenant à la région II de la phase isotrope).

4° Nous avons montré la possibilité de dédoubler un faisceau lumineux, en deux faisceaux polarisés à angle droit, par un champ non uniforme de vitesse de cisaillement.

En dehors des changements de structure provoqués par l'écoulement lui-même nous avons pu suivre, en maintenant constantes les conditions de l'écoulement, les changements de structure ayant pour origine des changements de concentration soit de la substance colloïdale, soit des électrolytes, ou bien des différences de temps d'évolution des solutions.

Inversement, nous pouvons constater la stabilité d'une structure vis-à-vis des variations d'un paramètre. Il en est ainsi, vis-à-vis delà température, de la structure "des solutions de laurate de potassium dont la concentration est supérieure à 2 ; ceci se traduit par la constance des grandeurs suivantes dans un domaine de température déterminé (13°—43°) : la chaleur d'activation d'écoulement, la constante photoélastique, le rapport de la variation de l'intensité de la biréfringence à celle de la variation de l'angle d'extinction pour un même accroissement de la vitesse de cisaillement, celle-ci étant petite.

Mots clefs : structure / vitesse / cisaillement / système / solution / écoulement / variation / particule / déformation / constante / concentration / changement / angle / température / laurate / isotrope / extinction / étude / thixotrope / substance / phase / passage / paramètre / orientation / newtonien / intensité / hydrodynamique / faisceau / existence / électrolyte / colloïdale / biréfringence / action / symétrie / rotatoire / rotation / potassium / photoélastique / lamellaire / influence / expérience / évolution / bourgoin / lucas

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