Vibrations of a flexible membrane coupled to a liquid material sample during its phase transition to solid: modelling, validation and identification

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La caractérisation des matériaux, en particulier viscoélastiques souples dans les industries agroalimentaires - laitières - et biomédicales, est primordiale pour la R&D, les procédés de fabrication et le contrôle de qualité. Cependant, les méthodes classiques pour identifier leurs propriétés, telles que les rhéomètres, sont destructives, nécessitant de nombreux échantillons. Ce problème est évité grâce à une identification par propagation d'ondes, inspirée de l'élastographie dynamique médicale, développée et implémentée par la société canadienne Rheolution dans des instruments utilisables en production, sans formation préalable. Cette technologie brevetée consiste à mesurer la réponse à une impulsion vibratoire d'un système à deux constituants : le spécimen testé et une membrane flexible, le fond du porte-échantillon. Sa réponse est comparée à la simulation d'un modèle dont les seules inconnues, les paramètres viscoélastiques du spécimen, sont identifiées grâce à une procédure de minimisation d'erreur. Cependant, ce modèle, conçu pour des matériaux viscoélastiques solides souples, ne parvient pas à reproduire la réponse de matériaux extrêmement mous ou en transition entre les états liquide et solide, significatifs dans les marchés ciblés par Rheolution. Par conséquent, ce projet vise à développer un modèle du comportement de ce système pour de tels matériaux. Des expériences seront menées pour comprendre la réponse vibratoire du système pour de tels spécimens et en optimiser sa conception. La viscoélasticité, l'interaction avec le porte-échantillon solide et l'effet sur la vibration de la membrane, seront dérivés et liés à la théorie existante pour les matériaux solides souples pour obtenir un modèle généralisé de ce système, expérimentalement validé. Par la suite, des algorithmes seront formulés pour identifier les paramètres viscoélastiques de l'échantillon, et appliqués sur des matériaux typiques. L'extension de cette technique à de tels matériaux perfectionnera le rendement de production de l'industrie fromagère canadienne - la rendant plus écologique et rentable - et aidera à mieux caractériser la gélation ou dégradation des biomatériaux pour la conception de médicaments et la régénération des tissus, améliorant la santé des Canadiens.