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Rhéologie à force normale contrôlée et gélification de l’agar

Rhéologie à force normale contrôlée et gélification de l'agar

Les hydrogels de polymères comme les gels de gélatine ou d’agarose (gélifiant obtenu à partir d’algues rouges et largement utilisé en microbiologie) sont des matériaux omniprésents dans les domaines de l’industrie agro-alimentaire et pharmaceutique. Composés essentiellement d’eau et de quelques pourcent en masse de polymères, ces gels sont obtenus par refroidissement d’une solution de polymère (transition sol-gel) et la gélification s’accompagne d’une faible contraction volumique de l’échantillon, traditionnellement considérée comme négligeable. Selon l’ampleur de la rétraction volumique du gel lors de la gélification, le matériau mou confiné dans une cellule de volume constant tire sur les parois de la cellule avec pour conséquence un phénomène de durcissement sous contrainte ("strain hardening" [1] ) ou un détachement prématuré du gel des parois. Des chercheurs du CRPP viennent de montrer que la faible contraction des gels d’agar a effectivement un impact essentiel sur la mesure des modules élastique et visqueux du matériau mou, et sur le suivi de la gélification [2]. Le refroidissement de la solution chaude d’agar dans une cellule de volume variable soumise à une force normale constante égale à zéro permet en effet de suivre de manière plus fiable et plus robuste les évolutions des propriétés élastiques du gel en cours de formation et de rétraction en particulier pour une gélification rapide de la solution. Cette méthode de mesure dite "à force normale contrôlée" a ainsi permis de montrer que ni les propriétés élastiques ni la microstructure des gels d’agar obtenus par refroidissement d’une solution bouillante ne dépendent de l’histoire thermique (i.e. de la vitesse de refroidissement de la solution ou d’un palier intermédiaire de température) ce qui remet en cause les travaux antérieurs et présente un intérêt industriel majeur pour la fabrication de gels en série, comme les milieux de culture cellulaire. La méthode de mesure "à force normale contrôlée" s’étend en fait au-delà des gels de polymères et trouve un intérêt dans la détermination des propriétés mécaniques des suspensions concentrées [3] mais aussi des matériaux solides semi-cristallins à base de corps gras comme le beurre de cacao, le chocolat ou les rouges à lèvres pour lesquels la solidification s’accompagne aussi d’une contraction de quelques pourcent en volume préjudiciable aux analyses traditionnelles réalisées à volume constant [4], [5].

Article paru sur J. Rheol.

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Work_hardening

[2] B. Mao, T. Divoux and P. Snabre. J. Rheol. 60, 473-489 (2016)

[3] P. Mills and P. Snabre. Eur. Phys. J. E 30, 309-316 (2009)

[4] Kermarec A., Exsudation et rhéophysique des matériaux hétérogènes solide/liquide à base de corps gras. Thèse de doctorat de l’Université Bordeaux 1, octobre 2011.

[5] Habouzit D., Rhéophysique et stabilité des matériaux hétérogènes solide/liquide à base de beurre de cacao. Thèse de doctorat de l’Université Bordeaux 1, mai 2012.