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Électro-rhéologie

L'électrorhéologie est la science du comportement d'écoulement des particules électriquement polarisables dans un fluide non conducteur, tel que les fluides électrorhéologiques (ERF). Ces substances sont des matériaux dits intelligents dont les propriétés (viscosité, module, structure interne) changent significativement lorsqu'un champ électrique est appliqué. Des investigations électrorhéologiques peuvent être réalisées avec une tension/courant électrique direct constant ou variable (une tension/courant alternatif est également possible). Les fluides électrorhéologiques peuvent montrer un changement de leurs propriétés rhéologiques de plusieurs ordres de grandeur. Un ERF typique peut passer d'un matériau semblable à un liquide à un matériau semblable à un gel, et vice versa, dans un temps de réponse de quelques millisecondes. Domaines d'application typiques :

  • Automobile : amortisseurs, embrayages, freins
  • Contrôle de flux : vannes à réponse instantanée et haute précision
  • Électronique : acoustique, affichages, claviers, écrans, haptiques

Contexte

Lorsqu'un champ électrique externe est appliqué, les particules électriquement polarisables deviennent polarisées et un alignement en rangées parallèles à la direction du champ est favorisé.  La rotation libre des particules dans l'écoulement est alors entravée, et la viscosité augmente. Avec l'augmentation de la force du champ externe, l'agencement des particules le long de la direction du champ devient plus fort et, par conséquent, la viscosité augmente.

Alignement des particules à un taux de cisaillement constant (v), avec un champ électrique croissant

Exemple de mesure

La figure suivante illustre la viscosité d'un fluide électrorhéologique typique en fonction d'un taux de cisaillement croissant. Deux tensions électriques différentes sont appliquées. Une tension électrique accrue entraîne des valeurs de viscosité plus élevées en raison d'un alignement plus fort des particules. Avec l'augmentation du taux de cisaillement, la dégradation de la structure commence à surmonter l'alignement des particules, entraînant un comportement de fluidité au cisaillement des échantillons. Voir plus d'exemples de mesure dans le cadre de l'e-learning : Electrorhéologie (ERD)

Figure 1 : Viscosité d'un fluide électrorhéologique représentatif en fonction d'un taux de cisaillement croissant à deux tensions électriques différentes

Procédures de test typiques

  • Électro-balayage en rotation/oscillation (le champ électrique est varié tandis que le taux de cisaillement/stress ou la déformation/fréquence sont maintenus constants)
  • Courbes d'écoulement et détermination du point de rendement effectuées à différentes tensions (champs électriques)
  • Balayages d'amplitude et de fréquence à différentes tensions (champs électriques)
  • Écoulement de compression
  • Écoulement de compression combiné avec des tests de rotation

Équipement de mesure

Au cours des dernières années, des méthodes rhéologiques combinées (voir le rapport d'application : Dispositif électrorhéologique (ERD) – Mesure des fluides électrorhéologiques) telles que l'électrorhéologie sont devenues populaires car elles permettent de simuler les exigences d'application du monde réel. Pour étudier les propriétés électro-rhéologiques, un rhéomètre équipé d'un Dispositif Électrique-Rhéologique (ERD) est utilisé. Le concept de température de l'ERD est basé sur Peltier ou sur convection (Voir le rapport d'application : Dispositif Électro-Rhéologique). Le système de mesure est une géométrie à plaques parallèles ou une géométrie de cylindre concentrique. Des températures allant jusqu'à 300 °C et descendant jusqu'à -150 °C peuvent être appliquées. La tension maximale est de 12,5 kV, qui peut être atteinte en 180 ms lors d'une mesure. Des tests oscillatoires même pour des échantillons très sensibles et à faible viscosité peuvent être effectués, ainsi que des tests de rotation. Vous pouvez trouver plus d'informations dans notre cours e-learning sur la rhéologie diélectrique.

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