Microrhéologie :
un nouveau domaine de la rhéologie
Pour étudier les propriétés viscoélastiques au repos.
LE MICRORHEOMETRE EST LA PARTICULE
La Microrheologie consiste à utiliser les particules micrométriques* pour mesurer les déformations locales d'un échantillon résultant de la contrainte appliquée ou simplement de l'énergie thermique (mouvement Brownien).
Cette méthode de sondage local donne accès à des propriétés rhéologiques caractérisées par :
*i.e.: les particules contenues dans la dispersion liquide
LA RHEOLOGIE A L'ECHELLE DU MICRON
La Microrheologie est un nouveau domaine de la rhéologie, qui étudie les matériaux viscoélastiques à l'échelle du micron. Cette technique complémentaire est particulièrement efficace pour l'analyse de la structure viscoélastique de matières molles, tels que les colloïdes, polymères, gels, émulsions, etc.
La rhéologie est l'étude de l'écoulement et de la déformation d'un matériau en réponse à une contrainte appliquée. Pour les systèmes viscoélastiques complexes, les mesures à faibles déformations révèlent le comportement à la fois solide et liquide du produit. Ceci est en général réalisé à l'aide d'un rhéomètre mécanique en oscillation, qui applique une déformation en contrainte ou en cisaillement de faible amplitude, afin d'assurer une réponse linéaire. Ces instruments requièrent une bonne expertise de l'opérateur.
Rheolaser™ développé par Formulaction utilise la microrhéologie passive pour analyser les matières molles, tels que les colloïdes, polymères, gels, émulsions, etc.
IL Y A 2 CLASSES DE MICRORHEOLOGIE
La microrhéologie active :
Une force externe est appliquée localement sur les particules sondes (champs électriques ou magnétiques, pince optique, …) et les déplacements résultants sont mesurés.
La microrhéologie passive :
Aucune contrainte extérieure n'est appliquée. La force locale qui agit sur les particules est due à l'énergie thermique (mouvement Brownien) et la réponse est mesurée en mesurant le déplacement quadratique moyen (MSD) des particules en fonction du temps.
Par exemple le déplacement des particules dans un fluide purement visqueux augmente linéairement avec le temps; alors que dans un fluide élastique les particules sont limitées dans leur déplacement.
MSD EST LA COURBE MAITRESSE POUR ACCEDER AUX PROPRIETES RHEOLOGIQUES
En utilisant la Relation Généralisée de Stokes Einstein (GSER), il est possible de calculer à partir des courbes MSD :
En utilisant le modèle généralisé de Maxwell, il est possible de calculer le temps de relaxation, la viscosité macroscopique et le module élastique au plateau Gp’µR . Ces paramètres permettent de déterminer les propriétés de la microstructure, telles que la taille de maille.
La microrhéologie passive a été largement éudiée par D. Weitz - Harvard University et T. Mason - UCLA University, dans les années 1990.
BENEFICES DE LA MICRORHEOLOGIE PASSIVE
MESURE AU REPOS
Les propriétés viscoélastiques sont mesurées sans appliquer de contrainte externe.
Les mesures sont toujours dans Le Domaine de Viscoélasticité Linéaire (DVEL).
Pas de changement de la structure de l'échantillon dû à la contrainte appliquée.
ANALYSE DE LA MICROSTRUCTURE
Les particules sondent la microstructure et caractérisent les propriétés mécaniques : élasticité et viscosité ; et les
propriétés structurelles : temps de relaxation, taille de maille.
SENSIBILITE
Le déplacement des particules est d'une grande sensibilité (ordre du nanomètre), ce qui permet une détection de faibles déformations de la microstructure.
La Microrheologie : Une nouvelle façon d'étudier la matière molle
“La microrhéologie regarde le mouvement thermique de petites particules dans un milieu, afin d'en extraire les propriétés rhéologiques. Cette technique expérimentale a permis d'étudier les propriétés de matériaux complexes, voire impossible d'accès avec la rhéologie conventionnelle, comme c'est la cas avec la réponse viscoélastique de matériaux fragiles.
C'est une technique non intrusive et donc tout particulièrement adaptée à l'étude des matériaux fragiles, tels que les gels faibles (émulsions, yaourt, cosmétiques).
La contrainte non macroscopique appliquée à l''échantillon permet d'éviter sa desctruction ou sa modification. Cette technique augmente notre compréhension microscopique de ces matériaux complexes.
La microrhéologie sonde la microstructure des matériaux. L'analyse du déplacement quadratique moyen est reliée à la taille de maille pour des polymères semi dilués, ou encore la taille de maille pour un gel. A partir de ces données, des informations structurelles peuvent être extraites. Cette technique détecte les changements microscopiques d'une strcuture et, constitue ainsi une technique de prédilection pour l'étude de la synérèse d'un gel, d'une émulsion et donc de leur stabilité.”
Annie Colin
Professeur en Rhéologie
Université de Bordeaux I
Institut Universitaire de France