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La rhéologie définit la science qui étudie la déformation et l’écoulement des matériaux, les efforts à appliquer pour obtenir ces déformations ainsi que les contraintes qui en résultent. La rhéométrie, quant à elle, intervient pour mesurer ces déformations.
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Qu’est-ce que la rhéologie et la rhéométrie ?
La définition de la rhéologie est l’étude des comportements des matériaux soumis à une contrainte. Cette étude se concentre sur les rapports entre la viscosité, l’élasticité, la plasticité et le comportement de la matière sous l’influence des pressions. Elle est effectuée dans le but d’établir les lois de comportement de la matière. La rhéométrie mesure le degré de déformation que subit le matériau ou le liquide lorsque la contrainte lui est appliquée.
La rhéologie et la rhéométrie englobent des disciplines fondamentales telles que la mécanique des fluides et la résistance des matériaux.
Quel est l’instrument de mesure en rhéométrie ?
Les mesures rhéologiques s’effectuent à l’aide d’un rhéomètre. Il s’agit d’un instrument de laboratoire capable de mesurer la façon dont un liquide, une suspension ou un mélange s’écoule sous l’action de forces externes. Cet instrument fonctionne en appliquant un cisaillement à l’échantillon. Le rhéomètre intervient lorsque les fluides ne peuvent pas être définis avec une seule valeur de viscosité.
Un rhéomètre se compose de plusieurs pièces : un cylindre stationnaire, un cylindre rotatif, un ressort de rappel, un jeu d’engrenages, un levier de position de vitesse, un bouton, une manivelle et un support.
Contrairement au viscosimètre, le rhéomètre permet de mesurer plusieurs paramètres tels que :
- La viscosité dynamique,
- La contrainte tangentielle,
- La viscosité complexe,
- Le module de cisaillement complexe,
- Le déphasage entre la force et le déplacement.
Les rhéomètres se déclinent en plusieurs types selon leur géométrie. Le choix du rhéomètre adapté repose sur le matériau à étudier et son application :
- Les rhéomètres rotationnels à cylindres coaxiaux comme le rhéomètre de Couette ou rhéomètre Searle conviennent aux échantillons fluides.
- Les rhéomètres rotationnels plan/plan ou PP permettent de cisailler un échantillon à particules ou un échantillon chargé entre deux disques parallèles.
- Les rhéomètres rotationnels cône/plan CP permettent d'imposer un taux de cisaillement vertical constant à l’échantillon.
- Les rhéomètres capillaires permettent de déterminer le comportement et la viscosité des matériaux thermoplastiques et les caoutchoucs.
- Les rhéomètres à cisaillement dynamique servent à l’analyse des liants bitumineux et des asphaltes.
Quels sont les domaines d’application de la rhéologie et de la rhéométrie ?
La rhéologie s’applique dans tous les domaines de l’activité humaine que ce soit dans la mise en forme des produits industriels ou dans l’étude des comportements des matières vivantes.
Les mesures sont effectuées en recherche et développement ou en contrôle qualité dans le cadre des processus de production. Les domaines d’application de la rhéologie et de la rhéométrie sont notamment :
- Le génie civil et la construction : élaboration des matériaux isolants comme les bétons ou les plâtres mousseux, maîtrise des matériaux en fin de vie, prise en compte des écoulements géophysiques.
- Le génie industriel : procédé de mise en œuvre et d’élaboration des matériaux sous forme de poudre, de pâte ou à l’état fluide.
- L’énergie : valorisation de la biomasse, transport et transformation des matériaux, extraction et récupération des énergies fossiles et des minerais.
- L’agroalimentaire : procédé de fabrication et d’optimisation des propriétés sensorielles, voire nutritionnelles.
- La biotechnologie : étude du comportement des fluides complexes.
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Parmi les rhéomètres rotatifs disponibles sur le marché se trouvent les rhéomètres à cylindres coaxiaux, les rhéomètres cône-plan, les rhéomètre à plateaux parallèles et les rhéomètres oscillants.
Le prix d'un rhéomètre se situe entre 2 000 et 13 000 € et évolue en fonction de son principe de fonctionnement, de sa technologie ainsi que selon le type d'appareil.