Introduction
En matière de jeux sensoriels, le sable cinétique et la pâte à modeler offrent aux enfants des expériences très différentes, toutes deux fascinantes. Bien qu'ils puissent sembler similaires à première vue, leurs compositions sous-jacentes et leurs comportements physiques révèlent un monde de différences.
Le sable cinétique est une dispersion de particules de sable dans une quantité de polymère (PDMS - polydiméthylsiloxane) ( small ), ce qui lui confère un comportement unique de fluidité tout en conservant la texture granuleuse du sable. Sous l'effet de l'agitation, il se comporte presque comme un liquide lent, ce qui permet aux enfants de le mouler, de le découper et de l'émietter facilement. Sa composition est proche de la fraction de tassement maximale, ce qui signifie que les particules de sable sont densément tassées, avec juste assez de liant pour permettre à la fois le mouvement et l'adhésion sans s'effondrer en un tas.
En revanche, la pâte à modeler (également à base de PDMS) est généralement une dispersion de particules de pigments dans un matériau viscoélastique medium. Elle s'étire, rebondit et peut même se briser sous l'effet d'une force soudaine. Contrairement au sable cinétique, la pâte à modeler a une charge solide beaucoup plus faible et des particules beaucoup plus petites, ce qui lui confère un comportement plus fluide et plus élastique.
Bien que le sable cinétique et la pâte à modeler soient tous deux classés comme des dispersions, ils sont formulés de manière très différente. Les essais rhéologiques expliquent les propriétés uniques du sable cinétique et de la pâte à modeler et leur dépendance par rapport à la manière dont ils sont manipulés.
Résultats des tests et discussion
La figure 1 illustre les courbes résultant d'un balayage de fréquence effectué sur de la pâte à modeler.
Alors que G' (module de cisaillement élastique) décrit les propriétés solides du matériau, G" (module de cisaillement visqueux) est lié à ses propriétés liquides. L'angle de phase, δ, est le décalage entre la déformation oscillatoire appliquée et la contrainte résultante. Il est défini comme suit :
L'angle de phase varie de 0° pour un matériau parfaitement élastique à 90° pour un matériau parfaitement visqueux.
À haute fréquence, le module de cisaillement élastique est supérieur au module de cisaillement visqueux. Par conséquent, pour les oscillations rapides (associées à des échelles de temps courtes ou à des mouvements rapides), le matériau présente un comportement de type solide.
Un croisement entre G' et G" est observé à 3 Hz, correspondant à un angle de phase de 45°. À des fréquences plus basses, indiquant des mouvements plus lents, la pâte à modeler présente un comportement d'écoulement.
La figure 2 illustre le comportement en fonction de la fréquence du module de cisaillement élastique (G'), du module de cisaillement visqueux (G") et de l'angle de phase (δ) pour le sable cinétique. Sur l'ensemble de la gamme de fréquences mesurée, le matériau présente principalement des caractéristiques de type solide. Ceci est mis en évidence par les valeurs d'angle de phase toujours plus faibles (inférieures à 45°) et par la prédominance de G' sur G" tout au long de la mesure.
Conclusion
Les balayages de fréquence sont utilisés pour prédire le comportement d'un matériau sur des échelles de temps courtes ou longues. Les courbes obtenues en testant la pâte à modeler et le sable cinétique peuvent être associées aux expériences sensorielles des personnes qui les utilisent. Le sable cinétique permet de construire des formes ou des structures qui conservent leur forme. La pâte à modeler s'écoule progressivement et prend la forme de son contenant après utilisation.