La rhéométrie désigne la technique expérimentale permettant de déterminer les propriétés rhéologiques des matériaux. La rhéologie se définit comme l'étude de l'écoulement et la déformation de la matière décrivant l'interrelation entre les forces, la déformation et le temps.  Le mot rhéologie vient des termes grecs « rheo », qui signifie écoulement, et « logos », qui désigne l'étude d'un domaine. Cependant, comme l'explique la définition ci-dessus, la rhéologie concerne autant la déformation des solides que l'écoulement des matériaux liquides et se consacre en particulier au comportement de matières viscoélastiques complexes qui possèdent des propriétés à la fois solides et liquides sous l'effet des contraintes, de la déformation et du temps.

Un certain nombre de tests rhéométriques peuvent être effectués pour déterminer les propriétés d'écoulement et de viscoélasticité d'un matériau. Ils dépendent en grande partie du type de rhéomètre utilisé et de ses capacités. Ils comprennent le seuil d'écoulement.

Malvern Panalytical propose deux techniques principales de rhéométrie :

  • Rhéométrie rotationnelle
  • Rhéométrie capillaire

Rhéométrie rotationnelle 

Comment cela fonctionne-t-il ?

Les échantillons sont placés entre deux plans, ou d'autres géométries similaires telles qu'un cône et un plan ou encore un système de Couette. L'application d'un couple au plan supérieur exerce une contrainte de cisaillement rotationnelle sur le matériau, et la déformation ou le taux de déformation résultant (gradient de vitesse) est mesuré. Les rhéomètres rotationnels et les viscosimètres partagent le même principe de fonctionnement, mais les premiers possèdent des fonctionnalités bien meilleures. Ceci est flagrant lorsqu'on en vient à la précision et à la gamme à laquelle la contrainte de cisaillement peut être appliquée, ou encore à leur praticité pour les tests oscillatoires et à leur niveau de contrôle sur la force normale appliquée pendant les tests rotationnels.

En quoi est-ce utile ?

Les rhéomètres rotationnels sont sans doute les outils rhéologiques les plus polyvalents qui soient disponibles, et ils peuvent être configurés en fonction d'un certain nombre de méthodes rhéologiques différentes pour détecter la structure et la performance des suspensions. Les types de tests vont de la génération de courbes d'écoulement de viscosité simples (tracés de viscosité par rapport au cisaillement) sur plusieurs dizaines de couples, à la mesure du seuil d'écoulement et à des séquences précises simulant la mastication des aliments. Des instruments modernes et sophistiqués permettent d'adapter la méthode de test plus précisément au processus spécifique ou à l'environnement d'utilisation du produit. Un logiciel innovant apporte une aide toujours plus efficace pour permettre aux rhéologues même débutants de générer et d'interpréter les données pertinentes.

Les rhéomètres rotationnels sont utilisés pour une large gamme de types d'échantillons, des pâtes et gels aux liquides qui possèdent les structures les plus fragiles. Le cisaillement exercé peut être contrôlé avec précision dans la région où la contrainte de cisaillement est très faible. Ces instruments sont ainsi parfaitement adaptés aux études de stabilité et à la mesure du seuil d'écoulement. Toutefois, les rhéomètres rotationnels sont optimisés pour fonctionner sur plusieurs dizaines de couples plutôt que pour établir une différenciation précise de viscosité dans les fluides à faible viscosité et aux structures fragiles. En outre, les rhéomètres rotationnels sont soumis à des limitations mécaniques dans la zone à fort cisaillement, à des gradients de vitesse supérieurs à 1 000 s-1.

Rhéométrie capillaire 

Comment cela fonctionne-t-il ?

Un échantillon doit être extrudé au travers d'un fourreau ou d'une filière possédant des dimensions bien définies sous haute pression. La chute de pression au travers du fourreau ou de la filière est mesurée pour apporter des données sur le débit et la pression du fluide, permettant ainsi de calculer la viscosité. La température et le gradient de vitesse peuvent être soigneusement régulés pour simuler l'environnement de traitement voulu.

En quoi est-ce utile ?

Originaire de l'industrie des polymères, la rhéométrie capillaire est utile pour mesurer les profils de viscosité des suspensions et boues liquides contenant des particules relativement grosses, aux forts débits de production. Les exemples industriels comprennent des mélanges de polymères, des boues céramiques, des produits alimentaires, des encres et des revêtements. Les rhéomètres capillaires peuvent exercer une force très élevée, ce qui permet d'explorer des comportements à des gradients de vitesse beaucoup plus élevés qu'avec la rhéométrie rotationnelle. L'application d'un gradient de vitesse élevé convient à de nombreux procédés industriels, tels que l'extrusion et la pulvérisation. Pour certaines applications, la taille de l'échantillon nécessaire pour la rhéométrie capillaire représente une contrainte (environ un litre pour générer une courbe d'écoulement).