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Communication Dans Un Congrès Année : 2022

Rhéométrie extensionnelle des matériaux pâteux

Résumé

Le procédé de base utilisé dans l’impression 3D pour la construction en ciment ou en terre crue consiste en l’extrusion suivie du dépôt d’un filament de fluide à seuil sur une surface en translation par rapport à la buse d’impression. Ce procédé implique un écoulement complexe, qui mixe cisaillement et élongation du filament extrudé. Alors que le comportement des fluides à seuil en cisaillement simple est relativement bien décrit, leur comportement en élongation, qui joue un rôle significatif pour des applications dans l’impression 3D, reste sujet à débat (en particulier pour les fluides à seuil élevé, pâteux). Pour mesurer les propriétés extensionnelles des fluides à seuil, nous avons développé une approche de rhéométrie basée sur l’analyse des déformations d’un extrudat de fluide qui s’écoule sous l’action de la gravité et se rompt sous forme de gouttes allongées successives. En supposant que la vitesse est homogène dans chaque plan transversal, les taux de déformation et contraintes locales instantanées sont déduites des variations de la forme du filament. En poussant l’analyse, il est possible d’identifier les données pour lesquelles les composantes purement élongationnelles des taux de déformation et des contraintes sont dominantes, ce qui permet de déduire la courbe d’écoulement élongationnelle du matériau étudié. Pour une émulsion et une suspension d’argile, toutes les données de contraintes normales en fonction des taux de déformation élongationnelle obtenues dans des conditions d’écoulement différentes tombent sous une unique courbe maîtresse pour chaque matériau. Cette courbe d’écoulement en élongation est bien représentée par le modèle standard d’Herschel-Bulkley en 3D homogène. En particulier, le seuil en élongation est très proche du seuil en cisaillement multiplié par racine de 3 [1]. Pour poursuivre ce travail avec une visée plus pratique, nous discutons la possibilité de récupérer la valeur du seuil en élongation avec une simple pesée d’une goutte extrudée de fluide à seuil (technique déjà proposée dans [2]), sans avoir besoin de filmer l’extrusion complète du filament comme dans [1]. Les expériences ont été faites sur les deux fluides à seuil modèles précédents (émulsion et suspension d’argile), ainsi que sur une pâte de ciment, matériau plus complexe, notamment à cause de sa thixotropie. Nous montrons que dans l’extrusion d’un fluide à seuil dont la rupture est pilotée par la gravité, il y a une compétition entre le temps nécessaire à la goutte pour se détacher et un temps caractéristique lié à la vitesse d’extrusion. Ainsi, dans le domaine d’écoulements aux vitesses d’extrusion inférieures à une vitesse critique, la masse de la goutte est toujours la même et renseigne sur une propriété intrinsèque du matériau, le seuil en élongation.

Domaines

Matériaux
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-04280136 , version 1 (13-11-2023)

Identifiants

  • HAL Id : hal-04280136 , version 1

Citer

Anatole Geffrault, Hela Bessaies-Bey, Nicoals Roussel, Philippe Coussot. Rhéométrie extensionnelle des matériaux pâteux. 25ème Congrès Français de Mécanique, Association française de mécanique, Aug 2022, Nantes, France. 5 p. ⟨hal-04280136⟩
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