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N° d’ordre : 5242
École Doctorale Mathématiques, Sciences de l'Information et de l'Ingénieur ULP – INSA – ENGEES
THÈSE
présentée pour obtenir le grade de
Docteur de l’Université Louis Pasteur – Strasbourg I Discipline : Sciences pour l’Ingénieur (spécialité : Mécanique des fluides)
par
Adel Benchabane
Etude du comportement rhéologique de mélanges argiles  polymères. Effets de l'ajout de polymères.
Membres du jury
Président Rapporteur interne Rapporteur externe Rapporteur externe Directeur de thèse
Soutenue publiquement le 23 novembre 2006
Philippe Coussot René Muller Dominique Dupuis Rachid Makhloufi Karim Bekkour
LMSGC – Champs sur Marne ULP – ECPM – Strasbourg ENSITM / LPMT – Mulhouse LUSAC Ecole d’ingénieurs de Cherbourg ULP – IMFS – Strasbourg
Institut de mécanique des fluides et des solides
UMR7507
A ma mère
TABLE DES MATIERES
Table des matières
Avant propos
INTRODUCTION
PARTIE1. SYNTHESEBIBLIOGRAPHIQUE
I. Microstructure et propriétés colloïdales des suspensions de bentonite 1 Les matériaux argileux 2 Classification des argiles 3 Les smectites 4 Microstructure de la bentonite 4.1 Le feuillet 4.2 La particule primaire 4.3 L’agrégat 5 Le système bentonite-eau 5.1 Dispersion des feuillets 5.2 Rôle des cations compensateurs 6 Interactions dans une suspension aqueuse de bentonite 6.1 Double couche électrique 6.2 La théorie DLVO 6.3 Types d’associations des particules Bibliographie
II. Rhéologie des suspensions de bentonite 1 Notions utiles 1.1 Viscosité 1.2 Modèles rhéologiques 2 Techniques de mesures rhéologiques
v
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5 6 8 11 12 12 14 16 17 19 20 21 24 28 33
39 39 42 44
Table des matières
2.1 Problème d’évaporation 2.2 Glissement aux parois 2.3 Inertie de l’outil rotatif 3 Caractérisation rhéologique du système eau-bentonite 3.1 Comportement d’écoulement 3.2 Viscoélasticité 3.3 Thixotropie 3.4 Contrainte seuil 3.5 Facteurs d’influence sur la rhéologie des suspensions Bibliographie
III. Systèmes eau – bentonite – additif 1 Systèmes eau – (Polymère/tensioactif) 1.1 Polymères 1.1.1 Carboxymethylcellulose de Sodium 1.1.2 Xanthane 1.1.3 Polysaccharides en solution aqueuse 1.2 Dodecyl sulfate de sodium 2 Système eau – bentonite – macromolécule 2.1 Mécanisme d’adsorption 2.2 Mélange à base d’additif neutre 2.3 Mélange à base d’additif cationique 2.4 Systèmes eau – bentonite – additif anionique 2.4.1 Adsorption 2.4.2 Cinétique d’adsorption 2.4.3 Rhéologie des suspensions bentonite – additif anionique Bibliographie
PARTIE2. ETUDEEXPERIMENTALE
IV. Caractérisation rhéologique des suspensions de bentonite 1 Préparation des échantillons 2 Moyens expérimentaux 3 Etat restructuré 3.1 Mesures à contrainte imposée 3.1.1 Courbe d’hystérésis 3.1.2 Mesures à l’équilibre 3.2 Mesures à taux de cisaillement imposé 3.3 Détermination des paramètres de structure 4 Etat destructuré
ii
46 46 47 48 48 52 60 62 63 64
67 67 68 69 70 75 78 78 80 81 81 81 84 84 87
93 94 94 94 94 97 98 100 105