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Dilatance (épaississement par cisaillement)

1885
  • Osborne Reynolds
Chercheur démontrant le comportement d'épaississement par cisaillement d'un mélange d'amidon de maïs et d'eau en mécanique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

L'épaississement par cisaillement, ou dilatance, est un non newtonien comportement où viscosité La viscosité augmente avec le taux de contrainte de cisaillement. Un exemple classique est celui d'une suspension de fécule de maïs dans l'eau (oobleck), qui semble liquide lorsqu'on la remue lentement, mais qui devient presque solide lorsqu'on la frappe ou qu'on la remue rapidement. Ce phénomène est dû au blocage des particules en suspension sous l'effet d'un fort cisaillement.

Le mécanisme à l'origine de l'épaississement par cisaillement des suspensions concentrées est souvent attribué à l'hydro-agrégation et au blocage. À faible vitesse de cisaillement, les particules en suspension sont lubrifiées par le liquide environnant et peuvent se déplacer relativement facilement les unes par rapport aux autres. Lorsque la vitesse de cisaillement augmente, les particules sont contraintes de se rapprocher. La couche de fluide lubrifiante entre elles s'amincit, et de fortes forces hydrodynamiques à courte portée provoquent la formation d'agrégats transitoires, ou « hydro-agrégats ».

At a critical shear rate, these hydroclusters can percolate across the system, forming a rigid, stress-bearing network that spans the fluid. This transition from a flowing state to a jammed, solid-like state is what causes the dramatic increase in viscosité. This process is reversible; when the high contrainte de cisaillement is removed, the particle network breaks apart, and the material returns to its fluid state. This property is exploited in technologies like liquid body armor, where a flexible material containing a shear-thickening fluid instantly becomes rigid upon the high-speed impact of a projectile, dissipating the energy and protecting the wearer.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mécanique

Taper

Propriété physique

Perturbation

Substantiel

Usage

Créneau/spécialité

Précurseurs

  • Observations d'Osborne sur le comportement du sable humide Reynolds
  • Études de suspensions colloïdales concentrées
  • Développement de rhéomètres pour étudier les phénomènes de cisaillement élevé

Applications

  • gilet pare-balles liquide (par exemple, d3o) qui durcit à l'impact
  • systèmes de contrôle de traction où le liquide s'épaissit pour verrouiller un différentiel
  • matériaux de remplissage de nids-de-poule qui s'infiltrent dans les fissures mais durcissent sous la pression du trafic
  • équipement de protection pour le sport
  • amortisseurs sismiques pour bâtiments

Brevets:

  • US7226878B2
  • US7381467B2

Idées d'innovations potentielles

  • semelles de chaussures de sport adaptatives qui se rigidifient à l'impact pour un meilleur maintien
  • bosses de route intelligentes qui sont molles à basse vitesse mais dures à grande vitesse
  • boîtiers de protection pour appareils électroniques flexibles mais durcissant en cas de chute
  • matériaux sans danger pour les enfants, doux au toucher mais résistants aux forces soudaines
  • moules de coulée réutilisables qui sont liquides pour le coulage mais se solidifient pour la manipulation
  • panneaux insonorisants qui se rigidifient pour absorber les bruits forts et soudains
  • mélanges de béton intelligents qui résistent aux forces de cisaillement sismiques rapides
  • gants pour la manipulation d'objets délicats qui se raidissent si la pression de préhension devient trop élevée
Lié à : épaississement par cisaillement, dilatant, oobleck, fécule de maïs, viscosité, rhéologie, armure corporelle liquide, blocage.

Contexte historique

Dilatance (épaississement par cisaillement)

1880
1882-01-01
1884
1885
1887
1889
1890
1880
1882-01-01
1883
1884
1887
1888
1889
1890

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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