Les Fluides Non-Newtoniens
Présentation
Nous allons vous présenter ici les deux familles de fluides, les différents types de fluides non newtoniens et leurs caractéristiques. Nous présenterons aussi la fécule de maïs et notamment les effets du mélange eau/fécule de maïs.
Les Fluides Newtoniens
Un fluide Newtonien a une viscosité proportionnelle à son taux de cisaillement et à la contrainte appliquée. Par exemple l'eau et l'huile sont des fluides dits newtoniens, ils respectent le principe précédemment évoqué.
La courbe suivante permet d'illustrer l'évolution de la viscosité d'un fluide newtonien en fonction de la contrainte et de la vitesse :
Les Fluides Non- Newtoniens
Les fluides non-newtoniens contrairement aux fluides newtoniens ont une viscosité qui n'est pas proportionelle au taux de cisaillement et à la contrainte qui leur sont appliqués. C'est pour ça qu'ils sont qualifiés en tant que fluides non-newtoniens.
Il existe plusieurs types de fluides non-newtoniens mais nous allons nous intéresser à deux catégories bien précises.
Les fluides rhéofluidifiants
La propriété principale de ce type de fluide est que sa viscosité augmente plus lentement qu'un fluide Newtonien lorsque le taux de cisaillement augmente.
La peinture murale ou le ketchup sont des exemples de ce type de fluide non-newtonien.
Les fluides rhéoépaississants
La propriété principale de ce type de fluide est que sa viscosité augmente plus rapidement qu'un fluide Newtonien lorsque le taux de cisaillement augmente.
Le sable mouillé ou certains types de miel sont des exemples de ce type de fluide non-newtonien.
C'est à ce type de fluide non-newtonien que nous allons tout particulièrement nous intéresser dans ce TPE.
L'amidon de maïs
La fécule de maïs est composée en grande partie d'amidon de maïs,
cette fécule a des propriétés gélifiantes.
L'amidon de maïs, quand on l'observe au microscope,
possède des grains d'amidon de maïs qui sont hydrophobes.
Mélange d'eau et de fécule de maïs (Maizena)
Quand nous créons un mélange d'eau et de fécule de maïs, les particules d'eau vont venir remplir les interstices entre les grains d'amidon de maïs.
Ce mélange est appelé suspension colloïdale.
C'est à partir de ce mélange que nous avons créé notre fluide rhéoépaississant.
Explication du phénomène
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Quand une faible contrainte est appliquée, les couches d'eau et d'amidon ( mélange ) glissent sur elles mêmes, c'est ce qui donne le caractère liquide au fluide.
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A l'inverse, quand une forte contrainte est appliquée, les couches d'eau sont brisées, ce qui a pour effet de compacter l'amidon, comme cet amidon est hydrophobe, l'eau n'arrive pas à pénétrer dans cet ensemble compact. C'est pour cela que le fluide a un caractère solide face à une forte contrainte.
Hypothèse:
L'amidon est à l'origine de la formation des colloïdes. C'est l'association de l'eau et de cet élément qui permet d'obtenir un fluide rhéoépaississant.
On sait que l'amidon est composé d'amylose et d'amylopectine. La formule brute de cette dernière est (C6H10O5) et celle de l'eau est H2O.
