Billes de Gel Colloïdal Sous Contrainte – BOGUS

Comprendre la réponse des gels sous contrainte est d’une importance primordiale, aussi bien au plan fondamental que pour les applications. Dans ce cadre général, dans BOGUS, nous produirons des billes sphériques de gel millimétriques originales. Les gels, à base de particules colloïdales, sont constitués d’une structure poreuse homogène et nous ferons varier de manière contrôlée leurs propriétés mécaniques. Notre objectif est de rationaliser le comportement de ces billes sous contrainte et d'élucider les interactions complexes entre l'écoulement du liquide à travers les pores (la poroélasticité), la plasticité de la structure formant un réseau et la rupture du réseau. Nous adopterons une approche multi-échelles combinant fluage mécanique sous indentation, analyse d'image et analyse d'images et diffusion de la lumière résolue spatialement et temporellement. Notre projet est fondamental, mais nous étudierons principalement deux configurations particulièrement pertinentes en particulier pour les nombreuses applications utilisant le séchage par pulvérisation: le séchage/gonflement des billes et leur réponse à une déformation mécanique extrême produite par leur impact sur une surface solide.
Pour parvenir à une compréhension globale du comportement des billes de gels sous contrainte, le projet sera divisé en cinq tâches scientifiques. La tâche 1 est consacrée à la fabrication de différentes classes de billes de gel colloïdal aux propriétés ajustables. Nous proposons plusieurs stratégies basées sur la variation des interactions entre les particules, la déformabilité des particules ou le mélange de polymères et de gels colloïdaux pour ajuster la ténacité et la fragilité des gels. Le comportement mécanique des différentes classes de gels dans les régimes linéaires et non linéaires sera étudié à l'aide de techniques d'indentation (tâche 2). Les tâches 3 et 4 sont consacrées à la caractérisation du comportement des différents types de billes lorsqu'elles sont soumises à des contraintes modérées (tâche 3) ou extrêmes (tâche 4). Dans la tâche 3, le séchage, le gonflement, et éventuellement plusieurs cycles de séchage et de gonflement, seront étudiés avec une approche multi-échelles, rassemblant des informations structurelles macroscopiques sur les instabilités développées par la bille et des informations dynamiques microscopiques sur les réarrangements des colloïdes formant le réseau. Dans la tâche 4, nous étudierons le comportement des billes de gel lors de leur impact sur une surface répulsive. Des informations macroscopiques sur le processus de fragmentation subi par les billes seront acquises ici, mais à un régime radicalement différent de celui exploré dans le protocole de séchage / gonflement, car la poroélasticité ne joue aucun rôle en raison de la très courte durée de l'expérience. Enfin, la tâche 5 vise à fournir une rationalisation du comportement des billes de gel sous contrainte en fonction des propriétés mécaniques linéaires et non linéaires des gels. En outre, le projet comprend également une tâche de coordination (tâche 5) pour assurer le bon déroulement et l’efficacité du projet.
Le consortium regroupe deux équipes d’expérimentateurs avec des compétences complémentaires dans la conception et la mécanique de matériaux mous, et dans les instabilités mécaniques et la physique du séchage.