Qu’est-ce qu’un appareil de mesure de la viscoélasticité ?
Il s’agit d’un instrument de mesure qui évalue la viscoélasticité d’un échantillon. Il existe deux types principaux de mesures de la viscoélasticité. Le premier consiste à évaluer l’analyse mécanique dynamique (DMA) d’un matériau individuel, tel qu’un matériau métallique. Le second est un appareil appelé rhéomètre, qui évalue la viscoélasticité d’un matériau pâteux, semblable à un fluide.
Utilisation des appareils de mesure de la viscoélasticité
La mesure de la viscoélasticité appelée DMA est principalement utilisée pour les produits en plastique. Outre ces produits, les rhéomètres sont également utilisés dans les applications alimentaires pour déterminer la texture et le toucher.
Le rhéomètre est un autre instrument de mesure rhéologique. Il est utilisé pour caractériser les peintures et les revêtements, pour évaluer des produits tels que le chocolat, le ketchup et le yaourt dans l’alimentation, et pour évaluer les polymères, les produits pétrochimiques, les adhésifs, les produits médicaux et cosmétiques. La sélection des équipements pour la fabrication de ces produits nécessite également une évaluation à l’aide d’un appareil de de mesure de la viscoélasticité.
Principe des appareils de mesure de la viscoélasticité
Le principe de la mesure de la viscoélasticité est d’appliquer une force extérieure à l’objet évalué et d’enregistrer le phénomène. La viscoélasticité n’est pas une propriété physique isolée, mais un mélange de viscosité et d’élasticité. Ces dernières sont donc présentées ici.
1. La viscosité
La viscosité est une propriété d’un objet qui provoque une déformation lorsqu’une force extérieure lui est appliquée. De plus, la déformation ne disparaît pas même lorsque cette force est supprimée. L’énergie appliquée ne reste pas dans l’objet, mais est convertie en énergie thermique et libérée. La déformation demeure donc et la forme ne revient pas à ce qu’elle était avant l’application de la force extérieure.
2. L’élasticité
Il s’agit de la propriété selon laquelle la déformation générée lorsqu’une force extérieure est appliquée à un objet disparaît lorsque cette dernière est supprimée. L’énergie ajoutée est stockée dans l’objet et retourne donc à son état initial lors de la suppression de la force.
Lorsqu’une force extérieure est retirée d’un état appliqué, un corps élastique revient immédiatement à son état initial. Dans le cas d’un un corps visqueux, il ne reviendra pas à son état initial. Le corps viscoélastique quant à lui, ne revient pas complètement à son état initial, mais tente progressivement de le faire.
En termes d’énergie lorsqu’une force extérieure est appliquée, un corps élastique est un corps dans lequel toute l’énergie est stockée à l’intérieur de l’objet. Un corps visqueux est un corps dans lequel l’énergie est dissipée et libérée sous forme de chaleur, etc. Quant au corps viscoélastique, il s’agit d’un corps dans lequel l’énergie est allouée à la fois au stockage et à la dissipation/libération.
Type d’appareils de mesure de viscoélasticité
Il existe deux principaux types d’appareils de mesure de la viscoélasticité :
Le DMA
Le DMA est un instrument de mesure des propriétés mécaniques dynamiques. La viscosité et l’élasticité sont des indicateurs importants, par exemple, pour comprendre les propriétés physiques des matériaux polymères. Dans le processus de moulage des polymères, le produit moulé se rétracte et se dilate pendant l’injection. Ce phénomène est également dû à la viscoélasticité et celle-ci doit donc être prise en compte lors de la conception du processus de moulage. On utilise principalement des équipements capables de mesurer la DMA. Les forces externes appliquées peuvent être en tension, en compression, en flexion cantilever, en flexion trois points librement supportée et en cisaillement.
Le rhéomètre
Les rhéomètres sont utilisés pour mesurer les propriétés de viscosité dans les industries alimentaire, pharmaceutique et cosmétique. Pour les produits alimentaires, il est important d’évaluer quantitativement les propriétés sensorielles humaines telles que le toucher de la langue, la texture, la morsure, le fondant dans la bouche et la sensation dans la gorge. Comme ces évaluations sensorielles varient d’une personne à l’autre, une évaluation numérique est essentielle pour garantir une qualité constante.
Les viscosimètres sont similaires aux rhéomètres. Ils évaluent les propriétés physiques en appliquant une force externe, principalement une rotation, dans une seule direction. La différence est qu’un rhéomètre, comme un DMA, évalue par oscillation (onde sinusoïdale).
Informations complémentaires sur les appareils de mesure rhéologique
Dans les mesures de viscoélasticité dynamique, également appelées rhéométrie ou DMA, une charge oscillante cyclique est appliquée. Les contraintes et différences de phase dans l’échantillon sont alors utilisées pour évaluer des propriétés telles que le module de stockage, le module de perte et la perte sinusoïdale. Le module de stockage est la force des propriétés élastiques de l’échantillon, tandis que le module de perte est la force de la composante visqueuse de l’échantillon.
Le sinus de perte est le rapport entre le module de perte et le module de stockage. Il s’agit d’un paramètre important évalué comme tan δ. tan δ représente la contribution visqueuse, plus il est élevé, plus le matériau est proche d’un liquide.