Un fluide non-newtonien

Tout d'abord définissons ce qu'est un fluide non-newtonien.

	Un fluide est dit "newtonien" si sa viscosité est constante en fonction du taux de cisaillement. C'est le cas de nombreux liquides simples, tels que l'eau, l'huile..
	Un fluide est dit "non-newtonien" si sa viscosité varie en fonction du taux de cisaillement auquel il est soumis. On distingue alors deux types de fluides non-newtoniens :

Un fluide non-newtonien est dit "rhéofluidifiant" si sa viscosité diminue lorsque le taux de cisaillement augmente. C'est le cas, par exemple, des bonnes peintures qui sont fluides à l'étalement mais plus visqueuses sur le mur, évitant ainsi les "coulures" ou du ketchup qui devient plus liquide lorsqu'on le secoue.

Viscosité en fonction du taux de cisaillement.

Un fluide non-newtonien est dit "rhéoépaississant" si sa viscosité augmente lorsque le taux de cisaillement augmente. C'est le cas, par exemple, d'une suspension concentrée de maïzena.

Viscosité en fonction du taux de cisaillement.

Ensuite, nous avons cherché quelques informations sur la maïzena.
La fécule de maïs (ou maïzena) possède des propriétés gélifiantes utilisées pour épaissir les aliments en cuisine. Le terme de maïzena est en fait le nom d’une marque qui vend cette fécule de maïs.
L'amidon de maïs est un polysaccharide de formule chimique (C₆H₁₀O₅)n, il se présente sous forme de granules semi-cristallines .
Puis, nous avons observé de la maïzena au microscope optique avec un grandissement X1000 :

$C:\Users\Vincent\Desktop\IMG_9327.JPG$
Photo de la fécule de maïs sèche au microscope optique(X1000).

Cette photo, que nous avons prise, montre que la fécule de maïs se compose de petits grains d’amidon plus ou moins lisses, de quelques dizaines de micromètres. Ensuite nous avons voulu voir ce qu’il se passait lorsque l’on fait un mélange d’eau et de maïzena afin de savoir pourquoi ce mélange est non-newtonien.

$C:\Users\Vincent\Desktop\IMG_9330.JPG$
Photo du mélange maïzena/eau au microscope optique X1000

Grâce à cette expérience nous avons constaté que les grains d’amidon de maïs sont hydrophobes : la taille des grains d’amidon avec ou sans eau reste identique. L’amidon n’absorbe pas l’eau froide.

Ainsi, lorsque l’on verse de l’eau sur la maïzena, l’eau remplit les interstices entre les grains et crée donc une suspension colloïdale.
Nous pouvons donc expliquer le comportement étrange de ce mélange :
Lorsque la suspension colloïdale est au repos ou subit de faibles forces, les grains de maïzena peuvent s’organiser en feuillets (eau/grains/eau/grains/etc.) ce qui favorise la fluidité du mélange.

$C:\Users\Vincent\Desktop\organisé.PNG$
Schéma des feuillets lorsque la suspension colloïdale est au repos.

Cependant lorsque que la suspension colloïdale subit d’intenses forces de cisaillement, les grains n’ont pas le temps de se réarranger et forment des agrégats qui bloquent l’écoulement de l’eau et le mélange devient donc solide.

$C:\Users\Vincent\Desktop\désorganisé.PNG$
Schéma de la suspension colloïdale lorsqu’elle subit d’intenses forces de cisaillement.

Ensuite nous avons voulu savoir comment augmentait la viscosité du mélange en fonction du cisaillement appliqué mais par manque de temps pour réaliser l’expérience nous avons dû nous contenter de l'étude du wagner group :

$C:\Users\Vincent\Desktop\sheart2.jpg$

La courbe présente en abscisse le taux de cisaillement et en ordonnée la viscosité du mélange. On constate que ce mélange rhéoépaississant (Shear Thickening) comporte une phase de légère fluidification sous un faible cisaillement suivie d'une solidification brutale lorsque le taux de cisaillement dépasse un certain seuil (rupture de pente sur la courbe).