Etudes physiques des mélanges eau-cryoprotecteurs

Le présent travail est essentiellement une revue bibliographique des principales études physiques qui ont été réalisées avec des solutions de composés habituellement employés en cryobiologie. La cryobiologie est une branche de la biologie qui s'intéresse au comportement des cellules à basse température. Cette discipline est actuellement en plein développement dans des domaines très divers. Son principal but est la création de banques de cellules de plus en plus complexes avec comme perspective la conservation des organes. Les cellules vivantes sont généralement placées avant congélation dans une solution contenant divers composés dont le rôle est de protéger les cellules contre les effets de la cristallisation de l'eau. L'action protectrice de ces cryoprotecteurs est encore mal connue; cependant, la formation d'un état vitreux lors du refroidissement est souvent invoquée. Ainsi, il est possible d'éviter les dommages liés à la cristallisation : contrainte mécanique due à l'augmentation de volume, effets de sel dus à l'existence d'un gradient de pression osmotique de part et d'autre de la membrane cellulaire. Les conditions d'obtention et de maintien de cet état vitreux lors des opérations de congélation peuvent être définies par des études physiques dont nous proposons une revue

Détermination du frottement intérieur des systèmes à fort amortissement ; cas des mélanges à base d'eau

Internal friction measurements give many informations concerning the properties of solids in relation to their microstructure. Under some conditions, the value of damping may be very important. In this paper, a torsional pendulum apparatus able to measure internal friction in a large range of values is described. Some applications to the study of ice near the melting point and water based composite materials (such as water mixtures used in cryobiology) are presented.Les mesures de frottement intérieur donnent beaucoup d'informations concernant les propriétés des solides en relation avec leur microstructure. Dans certaines conditions la valeur de l'amortissement peut être très élevée. C'est en particulier le cas de systèmes à base d'eau (glace au voisinage du point de fusion, mélanges utilisés en cryobiologie...). Le but de l'étude suivante est de présenter un appareillage capable de mesurer le frottement intérieur de tels matériaux dans une large gamme de valeurs et de proposer ensuite quelques exemples d'application

HIGH TEMPERATURE INTERNAL FRICTION IN ICE Ih : A NEW DISLOCATION MODEL

Un modèle d'interaction entre dislocations glissant, dans la glace Ih dans le plan de base et dislocations se déplaçant dans des plans différents du plan de base est développé. L'application de ce modèle au frottement interne haute température permet une description satisfaisante des phénomènes observés expérimentalement aux très basses fréquences (1-10-3 Hz).An interaction model between dislocations of Ice Ih gliding in basal plane and dislocations moving in non-basal planes is developped. The application of this model to high-temperature internal friction leads to a satisfactory description of phenomena observed by very low frequencies (1-10-3 Hz) experiments

Atténuation des ondes ultrasonores par les dislocations dans la glace I h. Application à l'étude de la plasticité

Des mesures d'atténuation d'ondes ultrasonores ont été effectuées sur des monocristaux de glace avant et après déformation plastique, en fonction de la fréquence, de l'amplitude de l'onde ultrasonore, ou bien pendant l'application d'une contrainte quasi statique. Des mesures ont également été faites pendant la déformation plastique. Deux modèles de dissipation d'énergie par les dislocations ont été développés : ceux-ci reposent sur l'hypothèse du mouvement de décrochements géométriques ou bien du déplacement à courte distance du coeur des dislocations supposé non cristallin ; ces deux modèles sont appliqués respectivement aux mesures à basse et haute température. Nos résultats et l'analyse proposée permettent la reconstitution théorique des courbes effort-déformation présentant bien les caractéristiques observées

Vitesse des dislocations dans la glace dopée avec HF

The velocity of individual dislocations in HF-doped ice single crystal has been measured by X-ray topography. The results show on the one hand an increase of the velocity and on the other hand, an increase of the non-linear dependence on shear stress compared to the velocity of dislocations in pure ice. Theoretical models based on a process rate-limited by proton disorder cannot explain all the experimental features. A new model, based on the cooperative movements of H2O molecules in noncrystalline dislocation cores, leads to numerical values which are in a good agreement with experimental results.Les mesures de vitesse des dislocations par topographie X dans la glace dopée avec HF ont permis d'observer un comportement non-linéaire plus accentué que dans le cas de la glace pure et de mettre en évidence une accélération du mouvement des dislocations due aux effets de ce dopage. Les modèles théoriques basés sur une modification du désordre protonique grâce aux défauts rotationnels ne permettent pas d'expliquer l'ensemble des résultats expérimentaux. Nous sommes ainsi amenés à considérer le modèle reposant sur les hypothèses d'un coeur de dislocation non-cristallin et d'un mouvement coopératif des molécules d'eau. Les valeurs numériques calculées à partir de ce modèle sont compatibles avec les résultats expérimentaux

VERY LOW FREQUENCIES INTERNAL FRICTION MEASUREMENTS OF ICE Ih

Very low frequencies internal friction measurement (1 - 10-4 Hz) in ice permitted to increase the knowledge of the internal friction of ice, especially the relaxation phenomenon. The activation energy of the relaxation is 0.25 eV, a caracteristic value of the migration of rotational defects. It follows a Curie Law. Experiments after different cooling rate put in evidence the role of intrinsic defects

High-temperature internal friction and dislocations in ice Ih

High temperature internal friction measurements at very low frequencies (10-3-1 Hz) have been done on single crystals of ice. Experiments were completed by microcreep experiments. These experiments show that it is necessary to take into account the whole network of dislocation. A model is proposed on the assumption that the dislocation glide in the basal plane interacts with the climb of dislocation segments in the non-basal plane. Simulations of both internal friction and microcreep are in agreement with experimental results.Des mesures de frottement interne à très basses fréquences (10-3-1 Hz) ont été effectuées à haute température (T > 230 K) sur de la glace monocristalline. Ces expériences ont été complétées par des essais de microfluage. Les résultats experimentaux montrent qu'il est nécessaire de tenir compte de l'ensemble du réseau de dislocation. Un modèle est proposé en faisant l'hypothèse de l'interaction entre les dislocations glissant dans le plan de base et la montée de segments de dislocations dans les plans non basaux. La simulation numérique appliquée à la fois au frottement interne et au microfluage rend compte des résultats experimentaux

STUDY OF GRAIN BOUNDARIES IN ICE BY INTERNAL FRICTION MEASUREMENT

Le pic de relaxation associé aux joints de grains dans la glace a été étudié par des mesures de frottement interne très basses fréquences (1-10-3Hz). L'énergie d'activation apparente du phénomène a été déterminée avec précision sur différents types d'échantillons : bi-cristaux, polycrystaux isotropes à petits grains, specimens dopés avec HF. La valeur importante de cette énergie d'activation (1.26 à 1.38 eV) ne permet pas de conclure à un mécanisme simple de dissipation d'énergie par des dislocations. Le pic de joints de grains observé est cependant caractéristique d'un état de plus basse énergie du joint et le phénomène peut être attribué au mouvement réversible des dislocations intrinsèques du joint de grains.The relaxation peak associated to grain boundaries in ice has been studied by using very low frequencies internal friction measurements (1-10-3 Hz). The apparent activation energy of the phenomena has been determined accuratly on different types of specimens : bicrystals, fine-grained polycrystals, HF doped specimens. The important value of activation energy (1,26 to 1.38 eV) cannot be explained by a simple mechanism of dislocation. However it appears that the "grain-boundary" peak observed is characteristic of a state of lower energy in the boundary and that it can be attributed to the reversible motion of intrinsic grain-boundary dislocations

High Speed Deformation of the Poly(Ethylene Terephthalate)

Mechanical behaviour of amorphous and semi-crystalline polyethylene terephthalate films is studied over five decades of strain rates, at temperatures below and above the glass transition. The data were obtained by combining measurements from conventional Instron machine with data from a high-speed tensile machine. The activation parameters are determined and compared with the activation process of the $\beta$ relaxation. Different modes of failure have been identified and the occurrence of an intermediate mode between ductile and brittle failure is shown. The brittle-ductile transition is estimated for each testing conditions and compared to the adiabatic-isothermal transition.Le comportement mécanique du Poly(éthylène téréphthalate) amorphe et semi-cristallin est étudié sur plus de cinq ordres de grandeurs de vitesse de déformation, de part et d'autre de la température de transition vitreuse. Les mesures expérimentales sont réalisées à l'aide d'une machine de traction Instron, pour les faibles vitesses de déformation, et d'une machine servo-hydraulique pour les grandes vitesses. Les paramètres d'activation sont déterminés et comparés à ceux de la relaxation secondaire basse température $\beta$. Différents modes de rupture sont identifiés; entre une rupture typiquement ductile et une rupture fragile, un mode de rupture intermédiaire est mis en évidence. La transition ductile-fragile est estimée pour chaque condition d'essai, et comparée à la transition isotherme-adiabatique

Détermination du frottement intérieur des systèmes à fort amortissement ; cas des mélanges à base d'eau

Les mesures de frottement intérieur donnent beaucoup d'informations concernant les propriétés des solides en relation avec leur microstructure. Dans certaines conditions la valeur de l'amortissement peut être très élevée. C'est en particulier le cas de systèmes à base d'eau (glace au voisinage du point de fusion, mélanges utilisés en cryobiologie...). Le but de l'étude suivante est de présenter un appareillage capable de mesurer le frottement intérieur de tels matériaux dans une large gamme de valeurs et de proposer ensuite quelques exemples d'application