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Accueil du site > Equipes scientifiques > Matière Molle : Structure et Dynamique - M2SD

Dynamique de systèmes de la matière molle hors d’équilibre

Il s’agit d’étudier les propriétés dynamiques de systèmes hétérogènes en réponse à la dynamique intrinsèque (vieillissement) ou à des sollicitations externes (sollicitation mécanique, chauffage) et de comprendre l’origine microscopique de leur comportement. On peut mentionner les travaux suivants :

Ecoulement de pâtes granulaires :

Une dispersion concentrée de grains non Browniens dans un fluide visqueux s’apparente à une pâte capable de couler, mais les effets de réorganisation des grains (sédimentation, migration) sont à l’origine d’écoulements spatialement inhomogènes et éventuellement instables [E4-2, E4-11]. Les expériences réalisées avec des particules sphériques dans un fluide iso-indice fluorescent visent à analyser le déplacement fluctuant des grains et mesurer le champ de concentration des particules dans une géométrie Couette contra rotative [T112-11680]. Le suivi des particules par une méthode de flot optique indique une localisation de l’écoulement sous l’action des effets gravitaires [PR111-11988]. Une analyse spatio-temporelle des trajectoires fluctuantes des particules à par ailleurs permis de quantifier la diffusion angulaire des grains induite par le cisaillement [PR114-11993]. La poursuite individuelle de particules fluorescentes (SPT) dans une suspension granulaire en écoulement indique enfin des composantes secondaires non-azimutales fortement dépendantes des différences de densité entre le fluide et les grains [E4-19].

Cisaillement de la suspension granulaire en géométrie Couette : vitesse orthoradiale (flèches rouges) et coefficient de diffusion angulaire des grains (flèches vertes) dans une suspension iso-dense (a) ou non iso-dense (b). Trajectoire dans le plan (r,z) d’une particule fluorescente unique immergée dans une suspension non iso-dense en écoulement (c).

Rhéophysique des matériaux à base de corps gras :

Le vieillissement des solides semi-cristallins à base de corps gras comme le chocolat favorise la migration des lipides et la perte de brillance de la surface (phénomène de blanchiment gras). Nous avons analysé les évolutions de la microstructure lors du chauffage doux du beurre de cacao solide [T112-11643] ou du rouge à lèvres [T111-11541]. La fusion partielle des matières grasses conduit à un endommagement de la matrice solide et à une prolifération de fissures avec pour conséquence le drainage du liquide et la formation de gouttes à travers un réseau de pores partiellement connexes. Les gouttes subissent ensuite une aspiration lors de la recristallisation du liquide et laissent alors place aux taches blanches bien connues du grand public [PR113-11991]. Ces travaux représentent une nouvelle approche pour décrire la migration des lipides dans les matériaux gras souvent associée à un processus diffusif. Des solutions innovantes pour limiter le blanchiment gras ont donné lieu au dépôt de deux brevets en collaboration avec Chanel PB [B112-11898] et Barry Callebaut [B112-11803].

Chauffage doux à 27° du beurre de cacao sous forme solide (a), formation de gouttes après 10 min (b) puis retrait des gouttes et dépôt de résidus solides à la surface après 20 min (c).

Nanotribologie : comprendre et contrôler le frottement :

Nous cherchons à caractériser et à comprendre les propriétés de lubrification de films moléculaires adsorbés en milieu aqueux. Dans le cadre de cette activité, en cours depuis 2003, nous nous sommes intéressés à explorer des stratégies originales pour améliorer la cohésion des films auto-assemblés et pour le contrôle actif du frottement. Récemment, nous avons mis en évidence que les propriétés de lubrification d’une brosse de polymère ionique peuvent être rapidement et efficacement contrôlées par l’application d’un champ électrique externe qui permet de maîtriser l’interdigitation des chaînes polymères adsorbées, comme le montre la Figure [E4-40]. Cette étude ouvre la voie à de nouvelles stratégies de conception de surfaces fonctionnelles stimulables. Nous avons également étudié la possibilité de renforcer des couches lubrifiantes de polymères par la réticulation in situ du film. Nous avons ainsi montré que la cohésion de la couche adsorbée peut être améliorée par réaction chimique en lui donnant une meilleure résistance à l’usure sous compression. Cependant, le caractère irréversible des liaisons covalentes rend le film plus vulnérable à l’endommagement quand il est soumis à des déformations importantes [E4-56].

(a) Forces de frottement entre surfaces de mica recouvertes par des chaines acide polyacrylique en fonction de la charge normale et de la fréquence du champ électrique appliqué. (b) Forces de frottement entre des surfaces de mica recouvertes par un polypeptide réticulable avant et après réticulation