Partie I:Qu’est-ce que le Slime®/Oobleck

Le Slime® ou Oobleck est un fluide non-newtonien, c’est un fluide dont la viscosité n’est pas constante, le tenseur des contraintes visqueuses n’est plus une fonction linéaire du tenseur des déformations, le tenseur étant la représentation d’un objet général dans un espace vectoriel. Pour faire plus simple un fluide non-newtonien, qui est l’inverse d’un fluide newtonien qui a une viscosité constante, est donc une matière qui ne peut être considérée comme solide ou liquide, c’est une matière dont la viscosité change selon les contraintes et la vitesse imposée. Les fluides non-newtonien ont souvent une masse molaire élevée, le Slime®/Oobleck est un fluide non newtonien caractérisé comme réhoépaississant ( Shear Thickening fluid en anglais), ce qui est assez rare pour un fluide. Un fluide réhoépaississant est un fluide non-newtonien dont la viscosité augmente avec l’augmentation du taux de cisaillement indépendemment du temps, c’est un phénomène que l’on retrouve pour des suspensions très concentrées et pour certains polymères. Le cisaillement est un type de déformation appliqué à un matériau. Il en existe plusieurs, le taux de cisaillement dépend de la contrainte de cisaillement du fluide qui n’est autre qu’une contrainte appliquée de façon parallèle ou tangentielle, contrairement aux contraintes normales telles que la gravité qui sont appliquées perpendiculairement. Il existe plusieurs sortes de fluides non newtonien. Il y a les fluides rehofluidifiant tel que le ketchup qui sont l’inverse des fluides réhoépaississant, mais il y a également des fluides de type thixotrope et antithixotrope dont la viscosité varie selon le taux de cisaillement mais également selon le temps. Nous étudierons les constitutions les plus efficaces de ces deux matières , car on peut remplacer l’alcool polyvinylique par de la colle à bois par exemple, de ces deux différents Slime® .

1)Le Oobleck

Le Oobleck est constitué d’un mélange colloïdal d’eau et de fécule de maïs. Un colloïde est la suspension d’une substance dispersée régulièrement dans une substance formant un système à deux phases, continue et dispersée. Dans un fluide, ils forment une dispersion homogène à l’échelle macroscopique. Ce qui en fait donc un mélange instable qui ne dure pas beaucoup dans le temps, de l’ordre de quelques minutes lorsqu’il ne subit pas de contrainte, au bout d’une dizaine de minutes à l’air libre et à température ambiante on peut voir deux couches se former. L’une d’eau sur le dessus, l’autre de maïzena© en dessous. Pour mieux comprendre la réaction de ce mélange intéressons nous à sa composition : l’eau étant notée H2O et la fécule de maïs composée de protéines de matières grasses mais ce qui nous intéresse est le glucide complexe ou polysaccharide, une sorte de polymère, qu’est l’amidon, noté C₆H₁₀O₅

Une réaction chimique se passe à l'échelle microscopique entre l’eau et les molécules d’amidon qui sont en grains organisés de manière cristalline et non cristalline que l'on appelle semi-critalline. Ils forment donc un hexagone, lorsqu’on les mélange avec l’eau, l’eau s’infiltre dans les interstices entre les grains d’amidons ce qui donne cette fluidité à la matière, lorsqu’on lui applique une pression soudaine et forte l’eau est comme chassée de ces interstices ne laissant que les grains d’amidons qui coulissent mal entre eux et la matière se solidifie. Donc, si on lui laisse du repos, l’eau se relogera entre ces grains d’amidon pour redonner sa fluidité à la matière. Il est également possible de créer un Oobleck magnétique avec de la poudre d’oxyde de fer noir notée Fe₃O₄, à l’approche d’un aimant le Oobleck va réagir, mais attention si vous posez l’aimant dessus il se fera engloutir tout entier !

2) Le Slime®

Le Slime® est constitué d’un mélange d’une solution à 4% d’alcool polyvinylique et d’une solution à 4% de Borax. L’alcool polyvinylique est un polymère de structure C₂H₄O obtenu par l’hydrolyse de l’acétate de polyvinyle, l’hydrolyse étant un procédé de décomposition par eau grâce aux ions.

Le borax ou tétraborate de sodium est un minerai à usages multiples de structure Na₂B₄O₇•10H₂O. On peut également le trouver sous forme de poudre auquel cas il est dit “décahydraté” qui signifie qu’il ne possède que 10 molécules d’eau dans sa structure, il est classé comme toxique, aussi faut il donc prendre des précautions quant à son emploi.

Premièrement, préparer une solution à 4% d’alcool polyvinylique, prendre un récipient avec 1000ml d’eau et 40g d’alcool polyvinylique, et la mettre à chauffer aux alentours des 90°C pendant environ 30 min, et ensuite la laisser refroidir pendant 1h. Entre temps, la solution qui à la base était “brumeuse” sera claire comme de l’eau et une fine pellicule apparaîtra au dessus de la solution d’alcool polyvinylique qui se sera épaissie ( commencé à 15h36, photo prise à 15h55, mis dehors à 16h07), à côté, préparer la solution à 4% de borax, soit 4g pour 100ml à laquelle vous pouvez ajouter le colorant de votre choix et finalement mélanger les deux solutions, un précipité se formera comme un gel, remuez pendant une minute et votre Slime® sera terminé ! Pour mieux comprendre cette réaction ,

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le mélange de ces deux solutions crée deux types de liaisons : des liaisons chimiques fortes de type covalantes (traits pleins) et des liaisons faibles d’hydrogène entre les ions crées par la dissolution de borax dans l’eau B(OH)₄ avec les groupements OH de l’alcool polyvinylique (traits en pointillés). Ce sont les liaisons d’hydrogène qui font que lorsque le slime se “casse“, il est possible de le reformer.

D'après les recherches de Coppens Thomas, de Decker Jonathan,

Debruycker Vincent, Guissart Céline, Lavendomme Roy, Ozkan Alp,

Van Overmeir Laureline , Verhaegen François « Printemps des Sciences 2010 - Bruxelles»,

Il ont un formidable travail.. ©

Partie II

Introduction