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  • Première expérience: Comparaison de différents fluides magnétiques sans champ


    •
En l'absence de champ magnétique, les deux fluides magnétiques se comportent à la manière d'un fluide Newtonien: la vitesse de cisaillement est proportionnelle à la contrainte imposée: L'équation rhéologique de Newton s'écrit alors 

τ=η γ̇̇̇



La viscosité η représente donc la pente du rhéogramme obtenu pour la 1ere expérience.
La différence de viscosité entre les deux ferrofluides est à étudier microscopiquement: le ferrofluide "hybride" présente une viscosité plus élevée sans champ car le surfactant recouvrant les particules ferromagnétiques ne remplit pas totalement son rôle de tensio-actif; les particules tendent à s'agréger légèrement (du fait de l'interaction magnétique), même en l'absence de champ, et celles-ci paraissent donc plus "grosses". La résistance à l'écoulement est donc plus importante pour un amas de particules  que pour des particules bien dispersées, ce qui suggère une plus grande viscosité de la part du ferrofluide "hybride".  


  • Deuxième expérience: Comparaison de différents fluides magnétiques avec champ

En revanche, lorsque l'on impose un champ magnétique de faible amplitude (0.24 Tesla) le ferrofluide "classique" est stable: Si le champ magnétique augmente, les spins individuels relatifs à chaque particule magnétique s'orientent dans le sens du champ pour minimiser leur énergie d'interaction qui s'écrit                                                                                                

W= - µ .B


D'après la formule, on voit donc que cette énergie est minimum lorsque le produit scalaire est maximum, i.e. pour µ parallèle à H.
Toutefois, la viscosité du ferrofluide augmente peu car même si les interactions magnétiques sont suffisamment fortes pour que le comportement magnétique des particules se transmette à l'ensemble du liquide, (comportement magnétique global), l'agitation thermique l'emporte et le moment magnétique est libre de tourner.
D'autre part, le surfactant qui joue le rôle de "ressort" empêche la tentative de structuration des particules ferromagnétiques.
Finalement, la viscosité du ferrofluide "classique" augmente peu, et celui-ci se comporte comme un liquide, d'où la stabilité évoquée plus haut.
Le cas du ferrofluide "hybride" est inverse: l'interaction magnétique des spins inidividuels engendre une agrégation que le surfactant ne peut défaire. Cela explique l'apparition de la contrainte seuil, contrainte nécessaire pour briser la formation de chaînes, mais également la valeur plus élevée de la viscosité par rapport au ferrofluide "classique". 
En la présence de la contrainte seuil, l'équation rhéologique "idéale" décrivant au mieux le comportement d'un fluide à seuil est l'équation de Bingham:


τ = τ0 + η γ̇



  • Troisième expérience: Influence du champ magnétique pour un même fluide

 Cas du Ferrofluide "classique"
Pour un champ plus élevé (400 G), on observe, par comparaison avec les rhéogrammes obtenus précedemment, que la viscosité du ferrofluide "classique" est une fonction croissante du champ magnétique appliqué; L'interaction magnétique se fait de plus en plus forte, bien que le surfactant assure encore son rôle de tensio-actif. On remarque que même à ce stade là, il n'y a toujours pas de contrainte seuil.


 Ferrofluide "hybride"

On note que plus le champ magnétique imposé augmente, plus la contrainte seuil est grande. En effet, les "chaînes" de particules formées gagnent en "rigidité" lorsque les champs magnétiques appliqués évoluent à la hausse. L'interaction magnétique se fait plus intense, du fait que le surfactant joue de moins en moins son rôle. Il est donc tout à fait concevable que le rhéomètre doive appliquer une contrainte supérieure pour pouvoir briser les structures ainsi formées.
Une fois le seuil de contrainte franchi, la viscosité du ferrofluide hybride reste quasi-inchangée et ce quelle que soit le champ appliqué (en particulier pour un champ nul). 



 
 

  • Quatrième expérience: Influence de la taille des particules

Le fluide magnéto-rhéologique développe une contrainte seuil bien supérieure à celle du ferrofluide "hybride" (environ 10 fois supérieure). Cela s'explique par le fait qu'une particule d'un fluide magnéto-rhéologique possède de nombreux domaines aimantables, bien plus qu'un ferrofluide, puisque le diamètre des particules colloïdales d'un MRF typique est supérieur à l'épaisseur nécessaire à la formation d'une paroi de Bloch (limitant dans le matériau massif deux domaines magnétiques d'orientations différentes). Cela contribue à créer des chaînes de particules plus rigides, étant donné que l'interaction magnétique se fait plus forte si les domaines aimantables sont plus nombreux. Il est donc nécessaire d'appliquer une contrainte plus importante afin de  rompre les chaînes ainsi formées.
Au delà de la contrainte seuil, le MRF adopte un comportement rhéofluidifiant, c'est à dire que la viscosité diminue lorsque la vitesse de cisaillement augmente. Les chaînes de particules n'ont plus le temps de se recombiner pour à nouveau former une structure rigide cohérente. 

  Courbe zoomée

Même en l'absence de champ, le MRF développe une contrainte seuil (bien que négligeable) accentuée par la sédimentation gravitationnelle, due à la taille des particules.