Comment établir un lien entre le comportement des matériaux complexes magnétiques sous cisaillement et leur microstructure ? Pour répondre à cette question, nous avons optimisé l’élaboration de composites biopolymères magnétiques en incorporant des nanoparticules magnétiques d’oxyde de fer synthétisées et fonctionnalisées en surface dans des solutions aqueuses enchevêtrées de chaînes d’alginate de sodium. Nous avons par la suite étudié les propriétés d’écoulement et de viscoélasticité à température constante de ces nanocomposites lorsqu’ils sont soumis à un champ magnétique, en utilisant un appareil innovant de magnéto-opto-rhéologie élaboré au sein du laboratoire MSC. Nous avons clairement montré que l’augmentation de la viscosité à faible taux de cisaillement et des modules viscoélastiques dans le domaine viscoélastique linéaire sont associés à des microstructures observées optiquement in situ pour la première fois. Grâce à une analyse des observations optiques par une segmentation d’images utilisant un réseau de neurones de convolution, nous avons clairement établi une corrélation entre les propriétés rhéologiques et les microstructures, qui dépendent à la fois du champ magnétique et du taux de cisaillement. Des microstructures magnéto-induites de quelques dizaines de microns ont été mises en évidence sans cisaillement appliqué pendant quelques minutes après l’application du champ magnétique. Le phénomène de rhéofluidification sous cisaillement, ainsi que la variation des modules élastiques et visqueux en fonction de la déformation, peuvent être décrits par une compétition entre l’orientation des microstructures dans la direction du champ magnétique et l’alignement jusqu’à rupture des microstructures suivant le taux de cisaillement perpendiculaire. De ce fait, nous avons pu apporter notre contribution à une meilleure compréhension des propriétés mécaniques des matériaux magnétiques complexes en relation avec leur microstructure modifiable par champ magnétique et cisaillement.
Référence
Varela-Feijoo, A., Brett, W., Ammar-Merah, S., Ponton, A. Microstructure patterning induced by magnetic field in biopolymer composites: correlation between rheological properties and in situ optical observation. Rheol Acta 64, 151-165 (2025).
Contact :
Alain Ponton, DR CNRS, MSC, Université Paris Cité – CNRS
alain.ponton@u-paris.fr