Oscillations spontanées dans un gel colloïdal attractif sous cisaillement
Résumé
Ce travail présente les résultats d’une collaboration originale entre des physiciens spécialistes de matière molle et rhéologie, et des volcanologues. Un analogue du magma en laboratoire doit présenter les caractéristiques suivantes : fluide à seuil, rhéofluidifiant, thixotrope, et possédant une microstructure capable de se modifier sous écoulement – cette dernière propriété permet de prendre en compte le contenu cristallin du magma. Nous avons ainsi étudié la dynamique d’un gel colloïdal sous cisaillement. En pratique, après un précisaillement qui fluidifie entièrement l’échantillon, le gel est laissé au repos pendant un temps de vieillissement tw. On lui applique ensuite un taux de cisaillement constant, γ . L’analyse de la rhéologie globale, couplée à des mesures de vélocimétrie ultrasonore, permet de caractériser les différents scénarios d’écoulement : pour des taux de cisaillement importants (γ > γ c), l’échantillon est entièrement fluidifié et l’écoulement homogène, indépendamment de tw; pour des taux de cisaillement faibles ou intermédiaires, la compétition entre vieillissement et rajeunissement sous contrainte de l’échantillon, couplée à du glissement aux parois, conduit à une dynamique plus complexe. Dans ce dernier cas, on observe soit une bande de cisaillement stationnaire, soit la fluidification progressive de l’échantillon par des oscillations spontanées de type avalanche. Nous proposons un diagramme des régimes montrant que l’évolution du taux de cisaillement critique γ c a un comportement non monotone avec le temps de vieillissement tw. Le lien avec la génération de signaux sismiques sur les volcans sera discuté.
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