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Jeu. 17/10/2019 10:00 Amphi Jean Jacques Moreau, Bâtiment 2, RdC

Soutenance de Thèse
YADAV Pankaj (LMGC - ThM2 / BOIS)
Effets du temps et couplage thermomécanique dans les polymères

Sommaire:

L'étude du comportement mécanique et thermique des polymères est d'une importance capitale pour les applications techniques. Par conséquent, la capacité de prédire ces propriétés pour des plages étendues de fréquences de sollicitation et de température, est une forte motivation. Sur la base d'une combinaison expérimentale d'analyses rhéologiques mécaniques et thermiques (DMTA), des modèles phénoménologiques sont ainsi développés pour prédire le comportement viscoélastique linéaire des polymères avec l'utilisation traditionnelle du principe dit de "superposition temps-température (TTSP)". Lors de la mise en œuvre de ces modèles, la prise en compte (i) des effets liés à la température réelle de l'échantillon ou (ii) des effets induits par les couplages thermomécaniques n'est pas prise en compte. Cependant, les matériaux polymères sont très sensibles aux variations de température et même de faibles variations de température peuvent engendrées des sources de couplage thermomécanique ou de dissipation non négligeables dans le bilan d’énergie. L'applicabilité du TTSP dans ce contexte mérite d’être revisitée. Ainsi, une connaissance précise du comportement mécanique et thermique de cette classe de matériaux, dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles, en tenant compte de l'effet dissipatif et du couplage thermomécanique, est nécessaire.

Pour atteindre ces objectifs, la présente étude a été réalisée à partir d'une revue de la littérature sur le comportement thermomécanique des polymères vitreux et amorphes et du TTSP. Ensuite, nous avons rappelé le cadre théorique de la thermodynamique des processus irréversibles et sa mise en œuvre dans le formalisme des matériaux standards généralisés (GSM). Ainsi la température pu être considérée comme une variable d'état et les équations comportementales constitutives ont pu être dérivées d'un potentiel thermodynamique et de dissipation. Ce formalisme a également permis de définir puis de calculer les différentes sources de chaleur et la forme globale du bilan d’énergie.

Deuxièmement, des mesures ont été effectuées pour caractériser les propriétés viscoélastiques linéaires en dessous de la température de transition vitreuse de certains polymères amorphes et rhéologiquement simples (PS, PMMA et PA-6.6). On a ensuite appliqué un TTSP classique utilisant une loi d'Arrhenius pour prédire le comportement viscoélastique linéaire sur une très large plage de température/fréquence, qui ne peut être atteinte expérimentalement. Une première série de mesures a été effectuée sur PS dans plusieurs laboratoires pour vérifier la réponse monochromatique à une charge monochromatique et construire une base de données de référence pour l'étalonnage et la validation des différentes procédures de correction (rigidité machine et déphasage électronique) de notre DMTA. Par la suite, des mesures thermographiques synchronisées ont été effectuées pour mesurer les variations de température de l'échantillon pendant les mesures DMTA. Ceci permet d'estimer l'énergie mécanique moyenne dissipée pendant un cycle ainsi que les pertes de chaleur et le couplage thermoélastique.

Enfin, ces résultats expérimentaux ont été utilisés pour identifier les branches d'un modèle de Maxwell généralisé (MGM) en utilisant la méthode des moindres carrés non négatifs pour les 3 polymères différents. Dans chaque branche de ce modèle, la constante de temps viscoélastique et le module d'élasticité associé dépendent de la température (par une loi d'Arrhenius et une énergie d'activation préalablement déterminée expérimentalement). En utilisant le formalisme GSM, les différentes sources de chaleur (couplages thermomécaniques, dissipation) ont également été calculées. Le bilan énergétique a montré la prédominance des sources de couplages thermomécaniques. Pour conclure cette étude, nous avons montré qu'un MGM supposant l'hypothèse de matériau rhéologiquement simple est compatible avec le TTSP.

M. André CHRYSOCHOOS, Université de Montpellier, Directeur de thèse
Mme Noëlle BILLON, Mines ParisTech, Rapporteur
M. Florian LACROIX, Université de Tours, Rapporteur
Mme Sylvie CASTAGNET, Institut P', Examinateur
M. Olivier ARNOULD, Université de Montpellier, Co-encadrant de thèse
Mme Sandrine BARDET, Université de Montpellier, Co-encadrant de thèse
M. Gilles ROBERT, Solvay Engineering Plastics, Examinateur


Pour plus d'informations, merci de contacter Gibier F.