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RheOptiCAD : dispositif rhéo-optique

Observation à l'échelle méso/microscopique de systèmes complexes sous contraintes thermo-mécaniques

Description - Principe

Développé en partenariat avec AgroParistech et l’INRA ( UMR 1145 Ingénierie Procédés Aliment), le RheOptiCAD est un dispositif de contraintes thermo-mécaniques destiné à l'observation de la micro/mésostucture de systèmes complexes, des liquides aux solides. Un cisaillement uniaxial plan-plan est appliqué par translation de 2 plateaux parallèles.

 La température est contrôlée par un module Peltier couplé à un système de refroidissement.

RheOptiCAD Principle

RheOptiCAD est adaptable sur tout microscope optique ou confocal inversé de préférence, et présente une méthode d’échantillonnage simple, rapide et reproductible, indépendante de la qualité des lames de microscope.

 

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Spécifications

Entrefer

0,01 à 5 mm

Déformation

0.01 à 640

Taux de cisaillement

0,01 à 1 000 s -1

Fréquence

0,01 à 10 Hz

Température

10 à 80 °C

Rampe de température

0 à 15 °C.min-1

Modes de travail

Continu, Saut-relaxation, Oscillation

Dispositifs d'observation

Observation à l'échelle méso/microscopique de systèmes complexes sous contraintes thermo-mécaniques

RheOptiCAD est une cellule de traitements thermo-mécaniques adaptée à l'observation de micro/mesostructure. Ce dispositif est adaptable à façon et sur tous types de microscope inversé, optique ou confocal, en transmission ou réflexion. En fonction des propriétés optiques et structurales de vos échantillons ainsi que de vos ressources en microscopie, RheOptiCAD peut vous offrir un dispositif complet d'obervation sous contraintes thermo-mécaniques.

RheOptiCAD Ti 1 big

MICROSCOPIE OPTIQUE

RheOptiCAD a déjà été mis en place sur un microscope Nikon Eclipse Ti pour réaliser des observations soit en lumière blanche (transmission), soit en épi-fluorescence (réfléxion). Dans le cas de la transmission, l'adaptation mécanique a pris en compte les propriétés géométriques et optiques des condenseurs utilisés par nos clients.

RheOptiCAD SP2

MICROSCOPIE CONFOCALE

Souvent utilisée pour observer des systèmes complexes et multiphasiques dans les domaines de l'agroalimentaire, la cosmétique ou les peintures, la microscopie confocale est un outil d'observation méso/microscopique puissant et pertinent. Le couplage rhéologie-observation que permet RheOptiCAD disposé sur un microscope confocal offre un dispositif complet, dynamique et évolutif pour l'étude de vos échantillons sous contraintes thermo-mécaniques.

Applications

RheOptiCAD® est un dispositif indispensable permettant de coupler 2 techniques largement utilisées pour la compréhension du comportement de systèmes complexes : La rhéologie et la microscopie. L'étude de structures à l'échelle méso/microscopique sous contraintes thermo-mécanique contrôlées permet d'approfondir les connaissances sur le comportement des matériaux au cours de leurs procédés : mise en forme, changement d'état, écoulement, etc. L'utilisation de RheOptiCAD® avec vos systèmes plus ou moins complexes vous permettra d'aborder de façon dynamique les phénomènes suivants :

 

Cristallisation
Comportement à l'écoulement
Stabilité des mélanges ou suspensions

Orientation induite
Rétractation-Processus de relâchement
Comportement de l’interface

Cinétique de gélification
Interactions des composants
Déstabilisation de l'aggregation colloïdale

Quelques exemples d'applications

  • Gel de PMMA : caractérisation de l'écoulement,comportement newtonien, glissement au paroi, localisation d'un champ de vitesse nulle, rhéologie oscillatoire...

ZVP

Profil d'écoulement et localisation d'un champ de vitesse nulle

PMMA Oscillation

Gel de PMMA sous cisaillement oscillatoire. Comparaison entre réponse du gel et théorie

 

  • Solution de carraghénane : profil d'écoulement à différentes vitesses de cisaillement et températures, mise en évidence du front de gélification, cinétique de gélification...

Ecoulement Cara

Profils d'écoulement d'une solution de carraghénane à 45°C pour différents taux de cisaillement 

 

Gelification Cara

Solution de carraghénane sous écoulement lors d'un refroidissement. Mise en évidence d'un front de gélification

 

  • Pâte de farine : orientation du réseau du gluten sous cisaillement, mouvements lipidiques et localisation à l’interface, zone de co-localisation, déformation des bulles d’air et relâchement, dégagement de bulles d’air pendant la fermentation, caractère rhéo-durcissant en fonction de la formulation...

Colocalisation

Séquence d'images extraite, localisation des composants et modification au cours du cisaillement.
Vert : protéines ; Orange : lipides ; Noir : bulles d'air et grains d'amidon

 

ACP Pate

Carte ACP résultante d'une analyse d'images sur différentes pâtes de farine en fonction de leur formulation. Classification et interprétation

 

 

Références

  • Thèse de doctorat J-B. Boitte (2009 - 2012) - Manuscrit
  • Fait marquant INRA (2012) - Lien
  • Boitte J-B., Vizcaino C., Benyahia L., Herry J.M., Michon C. and Hayert M. (2013). A novel rheo-optical device for studying complex fluids in a double shear plate geometry. Review of Scientific Instruments, 84, 013709. (pdf)
  • Boitte J-B., Hayert M. and Michon C. (2013). Observation of wheat flour doughs under mechanical treatment using confocal microscopy and classification of their microstructures. Journal of Cereal Science, 28 (3), 365-371. (pdf)

 

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