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Un modèle de particules à patchs pour l'étude numérique de la réponse mécanique des gels

Authors
  • Chivot, Guillaume
Publication Date
Dec 15, 2015
Source
HAL-UPMC
Keywords
Language
French
License
Unknown
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Abstract

Dans le langage courant, le terme « gel »réfère à un grand nombre de matériaux qui ont des comportements intermédiaires entre solides et liquides. Ils présentent en général une faible contrainte seuil, et peuvent aussi bien être mous et ductiles que durs et cassants. Le terme "gel" fait donc d'abord référence à un type de comportement macroscopique. A l'échelle microscopique, la matière dont ils sont formés, colloïdes ou polymères, est suspendue et diluée dans un liquide, qui assure un caractère essentiellement incompressible à l'ensemble. Les polymères, comme les colloïdes, sont soumis à l'agitation thermique qui leur confère une certaine capacité à se réorganiser. Cela permet à certains gels de s'écouler comme des liquides. Mais par définition, les gels présentent aussi une contrainte seuil qui leur permet d'être stables en l'absence de sollicitation mécanique : cela est possible parce que les colloïdes ou polymères qui les composent ont tendance à s'attacher entre eux de sorte à former une structure en réseau. Il est donc essentiel que ces éléments soient sujet à des interactions attractives, qui permettent la formation d'un réseau faible, mais mécaniquement stable, au sein du fluide porteur. L'objectif de cette thèse est de construire des outils numériques de type dynamique moléculaire pour étudier la formation et le comportement mécanique de gels. Pour cela, nous utilisons un modèle de ``particules à patchs'' tiré de la littérature. Les particules sont des objets de forme sphérique à la surface desquels sont greffés des sites ponctuels, les « patchs » qui s'attirent entre eux. Les interactions entre particules combinent une répulsion centrale aux efforts entre patchs. En considérant ces particules comme des « briques élémentaires » qui constituent des polymères, nous avons construit et caractérisé un modèle de polymères linéaires semi-flexibles de rigidité contrôlée. Puis, nous avons étudié la cinétique de réticulation de gels chimiques ainsi que sa réponse mécanique quand celui-ci est soumis à une déformation constante. Nous avons ainsi pu mettre en évidence que la topologie du réseau dépend très sensiblement des conditions de réticulation, et joue un rôle déterminant dans la réponse élastique du matériau. Ce même modèle de particules à patchs a aussi été utilisé pour construire un modèle de gels physiques colloïdaux, dont l'étude est restée cependant préliminaire

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