Formulation et caractérisation rhéologique des suspensions de bentonite en présence d’additifs polymériques

Abstract

Le but de cette thèse est d'étudier le comportement rhéologique des suspensions de bentonite seules et en présence de polymère non ionique, le polyéthylène oxyde (PEO). Pour atteindre cet objectif, nous avons couple aux mesures rhéologiques quelques analyse (MEB, DRX...etc) afin de mieux interpréter et comprendre le lien entre les propriétés physiques macroscopiques et la microstructure des matériaux thixotropes en écoulement, a l'arrêt ou lors de leur transition liquide/solide. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés a la viscoélasticité linéaire avec pour objectif de faire le lien entre la structure fractale de ces suspensions et la variation de leurs modules complexes de cisaillement G*(ω). La modélisation du comportement rhéologique aux petites déformations a montre que connaissant la dimension fractale d'une suspension de bentonite, il était possible de déterminer son comportement rhéologique en terme de variation du module complexe en fonction de la fréquence. Dans un second temps, nous avons aborde une problématique apparentée au forage de puits pétroliers et en relation avec les propriétés thixotropes de tels fluides. Elle correspond au problème de redémarrage du fluide de forage après un temps de repos. Pour répondre a cette question, nous avons étudié le régime solide de ce matériau industriel en essayant d'utiliser des techniques proches de celles utilisées sur chantier. Nos mesures ont révélé que les effets thixotropes de ce matériau dans le domaine solide sont couramment sous estimes. Pour pallier a ce manque, nous avons utilise un modèle permettant d'estimer plus justement l'influence de la thixotropie du fluide sur le redémarrage de la boue après un temps de repos. Enfin, nous avons montre que le PEO mis dans la suspension présente une affinité pour les particules de bentonite et affecte ses propriétés rhéologiques en réduisant la contrainte seuil d'écoulement, les modules viscoélastiques de conservation et de perte. En effet, cet additif peut adopter plusieurs mécanismes suivant sa nature son poids moléculaire et sa concentration : s'adsorber sur les particules de bentonite, diffuser dans l'espace interfoliaire et ponter les particules d’argile engendrant une floculation systématique