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Rhéologie du béton, rôle des interactions particules/particules et particules/liquide

- Porteur : Lemaire Élisabeth

- Collaborateurs LPMC : Amigoni Sonia, Taffin de Givenchy Elisabeth, Guittard Frédéric, Cohen Céline, Peters François

- Collaborateurs extérieurs : Boustingorry P. & Ferrari L. (CHRYSO)

- Description :

Pour améliorer les performances d’un béton (résistance et durabilité), il convient de réduire au maximum sa porosité. Cependant l’augmentation de la concentration de particules dans le béton rend difficile sa mise en œuvre. Dans les années 1960, des adjuvants, les plastifiants ou fluidifiants, sont introduits dans la formulation des bétons de façon à préserver une fluidité importante dans les bétons même lorsqu’ils sont très concentrés. L’action des fluidifiants vise essentiellement à contrer la floculation naturelle des particules qui, si elle est présente, tend à diminuer la fluidité et l’ouvrabilité des bétons. On peut cependant se demander si l’amélioration de la dispersion des particules est la seule voie qui conduit à l’obtention de bétons plus fluides. N’est-il pas possible d’abaisser la viscosité d’un béton en agissant directement sur les interactions de friction solide entre particules ou hydrodynamiques ? Ce sont ces deux pistes que ce projet propose d’explorer. Pendant longtemps, on a pensé que les particules d’une suspension non-colloïdale interagissaient uniquement à travers des forces hydrodynamiques car la divergence des forces de lubrification était supposée interdire tout contact entre particules. Cependant, des expériences récentes ont montré que le contact pouvait avoir lieu via les rugosités des particules et que la distribution spatiale des particules, dans un écoulement, était entièrement régie par la taille de ces rugosités. Il a aussi été montré par des expériences d’inversion du cisaillement que la microstructure induite par l’écoulement était responsable d’un accroissement très important de la viscosité par rapport au cas où les particules sont distribuées aléatoirement. Si l’on sait que cette augmentation est imputable aux contacts directs entre particules, on ne connaît pas nature exacte des forces mises en jeu. En particulier, les forces de friction ne sont jamais considérées dans la modélisation numérique de la rhéologie des suspensions concentrées ou l’interprétation des résultats expérimentaux.

La deuxième piste que nous souhaitons suivre pour abaisser la viscosité d’une suspension concentrée est de favoriser le glissement du liquide à la surface des particules. En effet, le cisaillement du liquide entre les surfaces de deux particules proches qui se déplacent l’une par rapport à l’autre constitue une contribution importante à la dissipation. Cette contribution peut être réduite si l’on permet le glissement du fluide sur les particules. Pour répondre à ces deux questions posées, nous tentons de synthétiser des suspensions modèles de sphères monodisperses non-browniennes sur lesquelles seront greffés des chaînes de polymère de taille et de nature chimique précisément contrôlées. Les polymères greffés seront choisis de façon à moduler les forces de friction entre particules et l’affinité entre les particules et le liquide suspendant. Cette affinité est en effet un des paramètres de contrôle essentiel du glissement que peut avoir un liquide sur une surface solide ; modifier l’affinité devrait permettre de changer les conditions de glissement du fluide interstitiel sur la surface des particules. Par ailleurs l’on sait que le frottement de deux surfaces solides dépend fortement de la nature chimique, de la densité et de la longueur de chaines de polymères greffées.

Mots-clés

Fluides & Matériaux Complexes, Surfaces & Interfaces, Rhéologie des Suspensions, MIMIC