1/ Mesure de la tension interfaciale

2/ Mesure des caractéristiques rhéologiques des interfaces en dilatation et en compression

3/ Mesure des caractéristiques rhéologiques des interfaces en fonction du temps

Remarque : prestations d'études

MESURE DE LA TENSION INTERFACIALE

La tension interfaciale entre deux fluides est calculée à partir de la forme du profil d'une goutte d'un premier fluide formée à l'extrémité d'un capillaire qui plonge dans une cuvette contenant le second fluide.

La goutte est en équilibre entre la tension interfaciale et la pesanteur. Ces forces sont antagonistes. La tension interfaciale tend à lui donner une forme sphérique tandis que la pesanteur tend à l'allonger, si bien que sa forme d'équilibre ressemble à celle d'une poire. L'influence de la tension interfaciale sur la forme de la goutte peut être observée au cours de l'adsorption d'un tensioactif quelconque. On observe la goutte qui s'allonge et l'aire de l'interface qui augmente au fur et à mesure de la décroissance de la tension interfaciale avec le temps. 

t=0 ---- t=1mn ---- t=2mn ---- t=3mn

Evolution de la forme d'une goutte sous l'effet de tensioactif

Ce calcul fait appel aux deux équations suivantes:

• l'équation de Laplace-Young
  

• l'équation d'équilibre de la goutte sous l'action de la pesanteur et de la tension interfaciale

  

où

DP   est la variation à travers l'interface, due à la courbure de l'interface,
g est la tension interfaciale,
R et R' sont les rayons de courbures principaux de l'interface,
x et z sont les coordonnées de M sur le contour de l'image de la goutte,
q est l'angle de la tangente en M au contour de l'image de la goutte,
V est le volume de la goutte sous le plan horizontal d'altitude z,
rh and rl sont les masses volumiques des deux fluides,
g est l'accélération de la pesanteur.

Les mesures sont faites en temps réel, jusqu'à 25 fois par seconde (cette fréquence peut être choisie par l'utilisateur). Pour des fréquences plus élevées, les appareils du type TRACKER enregistrent un film de la goutte, puis calculent la tension interfaciale sur toutes les images.

Les variations d'aire sont crées par des variations du volume de la goutte. Ces dernières sont programmées par l'utilisateur et réalisées automatiquement par le calculateur.

Plusieurs types de déformations sont possibles. Les plus simples sont des déformations en échelons, comme dans l'exemple ci-dessous, ou des déformations périodiques (permettant de déterminer l'évolution des caractéristiques rhéologiques de l'interfaciale en fonction du temps, comme expliqué au paragraphe suivant).

Exemple:
Lorsque l'on réalise une dilatation en échelon DA de l'aire de l'interface, le TRACKER enregistre une augmentation de la tension interfaciale également en échelon.

figure

Ce saut correspond à la brusque diminution de la concentration interfaciale en tensioactif provoquée par la dilatation de l'interface. La décroissance graduelle de la tension interfaciale qui suit ce saut est parfois appelée "relaxation" de la tension interfaciale. Elle est due à l'adsorption de tensioactifs. L'élasticité est alors égale au rapport :

Elle est appelée "élasticité de GIBBS".

Pour déterminer l'évolution de l'élasticité interfaciale avec le temps, il est évident que le type de déformation en échelon donné dans l'exemple ci-dessus ne convient pas. En effet, les augmentations successives du volume de la goutte conduiraient très vite à son détachement du capillaire. La méthode consiste alors à imposer une variation périodique de l'aire de l'interface. La plus simple, qui conduit à l'interprétation la plus facile des résultats, est la variation sinusoïdale. La réponse de la tension interfaciale est alors périodique, comme dans l'exemple ci-dessous:

Réponse de la tension interfaciale à une variation sinusoïdale de l'aire de l'interface (Hertz, amplitude).
Interface bitume/eau distillée (140°C)

Le TRACKER peut réaliser des variations sinusoïdales de l'aire de l'interface de différentes amplitudes, à différentes fréquences, pendant des durées plus ou moins longues (seules les caractérictiques de l'ordinateur peuvent limiter la durée des mesures).

Les caractéristiques rhéologiques de l'interface sont calculées par analyse de FOURIER. La déformation de l'aire de l'interface  est considérée comme le signal d'entrée et la réponse de la tension interfaciale  comme le signal de sortie. La fonction de transfert est le module viscoélastique complexe de l'interface.

Le TRACKER dispose de commandes qui permettent de calculer automatiquement à tout moment la valeur du module viscoélastique complexe, par parties réelles et imaginaires ou par module et phase.

avec

Il permet également de calculer automatiquement les variations du module viscoélastique en fonction du temps.

Remarque :

ITCONCEPT propose aussi ses services dans le but de réaliser des PRESTATIONS D'ETUDES avec ses appareils.