ETUDE DES SUSPENSIONS ELECTRORHEOLOGIQUES :ROLE DE LA CONDUCTION DES PHASES SOLIDE ET LIQUIDEDANS L'INTERACTION ENTRE LES PARTICULES

This work concerns the study of the interaction between particles of electrorheological fluid (ER) under a DC field. Thèse fluids are suspensions of micronic particles (1 - 100 uni) dispersed in a dielectric liquid. Under an electric field (a few kV/mm) their rheological properties are modified (yield stress and increase of the apparent viscosity when the fluid flows). We point out that a necessary condition to obtain an ER effect is that the particles be more conducting than the liquid phase. In this case the interaction is determined by the strength of the electric field and by the ratio of the conductivities solid/liquid. We also point out that there is a maximum value for the solid conductivity above which the ER effect is impossible. An analytical model of the interaction is developed. It takes into account the strength of the electric field, the ratio of conductivities, the permittivity of the liquid and others parameters. This model is verified with a large scale experiment consisting in two half sphères (R = 0.7 cm). Différent aspects of the conduction of the liquid under high electric field are considered, the enhancement of the dissociation of ionic species under the influence of the electric field (Onsager effect) and the saturation of the current between the particles. Using the expression of the interaction between sphères as a function of the distance between then, we estimate the static yield stress of ER fluids. Ail our results are compared with measurements on real ER fluids, The behaviour of the static yield stress obtained for différent liquids is similar to the one obtain for the force of interaction between the two half-spheres. We also approach the questions of the interaction between particles and électrodes, the influence of the frequency of the electric field and the case of multilayer materials.The work shows that it is necessary to study the phenomena of charge transfer at the solid/liquid interfaces and of conduction under high electric field as well as the phenomena of breakdown in dielectric liquids in order to optimise the interaction between particles in ER fluids.Ce travail concerne l'étude de l'interaction entre particules de fluide électrorhéologique (ER) sous champ DC. Ces fluides sont des suspensions de particules microniques (1 - 100 uni) dispersées dans un liquide diélectrique. Sous un champ électrique (quelques kV / mm) leurs propriétés rhéologiques sont modifiées (limite d'élasticité et augmentation de la viscosité apparente lorsque le fluide s'écoule). Nous soulignons qu'une condition nécessaire pour obtenir un effet ER est que les particules soient plus conductrices que la phase liquide. Dans ce cas, l'interaction est déterminée par la force du champ électrique et par le rapport des conductivités solide / liquide. Nous signalons également qu'il existe une valeur maximale pour la conductivité solide au-dessus de laquelle l'effet ER est impossible. Un modèle analytique de l'interaction est développé. Il prend en compte la force du champ électrique, le rapport des conductivités, la permittivité du liquide et d'autres paramètres. Ce modèle est vérifié avec une expérience à grande échelle consistant en deux demi-sphères (R = 0,7 cm). Différents aspects de la conduction du liquide sous champ électrique élevé sont considérés, l'amélioration de la dissociation des espèces ioniques sous l'influence du champ électrique (effet Onsager) et la saturation du courant entre les particules. En utilisant l'expression de l'interaction entre sphères en fonction de la distance entre les deux, nous estimons la limite d'élasticité statique des fluides ER. Tous nos résultats sont comparés à des mesures sur de vrais fluides ER. Le comportement de la limite d'élasticité statique obtenue pour différents liquides est similaire à celui obtenu pour la force d'interaction entre les deux demi-sphères. Nous abordons également les questions de l'interaction entre particules et électrodes, de l'influence de la fréquence du champ électrique et du cas des matériaux multicouches.Les travaux montrent qu'il est nécessaire d'étudier les phénomènes de transfert de charge aux interfaces solide / liquide et de conduction sous champ électrique élevé ainsi que les phénomènes de dégradation des liquides diélectriques afin d'optimiser l'interaction entre particules dans les fluides ER