Добірка наукової літератури з теми "Polymères – Matériaux – Modèles mathématiques"

Le Deep Soil Mixing est une technique d’amélioration de sols dont la part de marché devient non négligeable. Les progrès technologiques dans le domaine permettent aujourd’hui d’envisager la réalisation d’ouvrages permanents. L’utilisation structurelle du matériau sol-ciment n’est cependant pas encore réglementée comme le béton avec l’Eurocode 2, ni validée par un nombre suffisant d’études de durabilité. Ces problématiques ont donc fait l’objet d’un travail de recherche au sein du laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil (L2MGC) avec le soutien de la Fédération Nationale des Travaux Publics (FNTP) et de l’entreprise « Spie Fondations ». Cet article présente de manière synthétique le résultat des travaux expérimentaux qui ont été conduits afin de mieux comprendre l’influence des paramètres de formulation et des conditions d’exposition sur le comportement du matériau. L’étude met tout d’abord en évidence le lien entre la conductivité hydraulique du matériau et le diamètre caractéristique des pores. Des relations mathématiques sont ensuite proposées afin d’estimer les propriétés mécaniques du matériau. Puis, les propriétés résiduelles du matériau sont analysées en situation de vieillissement accéléré et à haute température.

Ce numéro hors-série est consacré aux travaux sur les maladies à prions des animaux de ferme, menés à l’Inra en collaboration avec de nombreux organismes nationaux et internationaux. Il aborde de nombreuses facettes de la recherche sur ces agents et les maladies qu’ils occasionnent, tant sur le modèle tremblante que sur l’Encéphalopathie Spongiforme Bovine (ESB) : biologie de l’agent pathogène et notion de souche de prion, pathogénie de la maladie et résistance génétique, voies de transmission et évolution dans les populations animales, lutte contre les EST. Le premier article présente l’ensemble des outils mis au point à l’Inra pour étudier les EST (laboratoire de génotypage à grande échelle) ainsi que les dispositifs expérimentaux qui y sont dédiés (domaine expérimental atteint de tremblante naturelle et différentes animaleries protégées). Ensuite, la notion de souche de prion est introduite, discutée, et les divers travaux en cours pour différencier les souches de prions sur une base biologique et biochimique sont présentés, de même que les études menées pour comprendre le déterminisme de cette diversité. Ces travaux ont aussi pour objectif l’amélioration des méthodes actuelles de typage en termes de rapidité et de fiabilité, notamment à travers le développement de souris transgéniques. Deux articles traitent des mécanismes par lesquels la protéine prion pathogène est introduite dans l’organisme, puis la façon dont elle diffuse dans les différents tissus et organes et exerce son pouvoir pathogène. L’un concerne la pathogénie de la tremblante, à partir des travaux entrepris sur le mouton : dans quels tissus diffuse la protéine prion pathogène, dans quels types de cellules et à quelle vitesse, et comment intervient le génotype de l’individu dans ce processus. L’autre porte sur les modèles cellulaires mis au point récemment, qui permettent la multiplication du prion ovin et servent à étudier les interactions entre la protéine prion pathogène et différents types de cellules de l’organisme, les gènes activés en cas d’infection, le rôle du polymorphisme de la protéine prion ovine dans la réplication du prion pathogène et l’identification de molécules ayant une activité antiprion. Les propriétés et le rôle physiologique de la protéine prion normale, ainsi que les raisons pour lesquelles la protéine prion normale est transformée en protéine prion pathogène, sont ensuite abordés à travers plusieurs études : approche physicochimique et structurale de la structure de la protéine prion, pour analyser les domaines de la protéine prion qui pourraient avoir un rôle clé dans la transconformation de la protéine normale en protéine pathogène, et pour comprendre la relation entre le polymorphisme génétique de cette protéine et l’état de résistance ou de sensibilité à la tremblante ; approche immunochimique grâce à des anticorps monoclonaux ayant des affinités particulières pour certaines régions de la protéine prion PrP, qui permettent l’étude de la capacité de la protéine normale à être convertie en protéine pathogène et le typage moléculaire des souches de prions ; analyse des voies de sécrétion et du rôle physiologique de la protéine prion cellulaire. L’influence du polymorphisme au locus Prnp sur la sensibilité des animaux aux EST est documentée, ainsi que les travaux en cours pour mettre en évidence d’autres gènes influençant la sensibilité des animaux aux EST, à partir de la cartographie du génome. Concernant l’épidémiologie des EST, un article présente les travaux sur les sources d’infection, les voies de transmission et la dynamique de la maladie dans les populations animales, en matière de tremblante et d’ESB. Les résultats relèvent d’expérimentations, d’études de terrain et de modélisation mathématique. Enfin, plusieurs articles sont consacrés à la lutte contre les EST, abordant plusieurs volets : développement de tests pour le diagnostic avant la mort et la distinction entre souches d’EST, travaux conduits depuis dix ans pour maîtriser voire éradiquer la tremblante dans la population ovine en jouant sur la résistance génétique des ovins aux EST, étude clinique conduite sur une molécule à visée thérapeutique et discussion sur la méthode de choix des molécules à expérimenter, pistes pour la destruction des farines animales à risque, grâce à l’utilisation de microorganismes ou la fabrication de biolubrifiants, additifs biocarburants et matériaux polymères.

The aim of this study is the elaboration of polyamide 12 (PA12) and polydimethylsiloxane (PDMS) blends. The original concept is based on the simultaneous synthesis of polyamide and the compatibilizer by anionic polymerization during the reactive extrusion. It leads to a material composed of a continuous PA 12 phase in which the elastomer stabilized by the compatibilizer is finely dispersed. The formation mechanism of morphology is then completely different from that classically observed. The in situ reactively compatibilized polymer blends improve the mechanical properties of these materials, particularly their impact behaviour. For this purpose, a kinetic model of the two polymerizations was developed. In addition, the complete synthesis of a new macroactivator was carried out to form the compatibilizer in situ. Before the implementation of the reactive extrusion process, preliminary studies were necessary in order to study the influence of the operating conditions and the composition of the blend on the final material properties. New tools and scientific concepts were developed to obtain an optimized extrusion process. These tools, resulting from an appropriate experimentation strategy, are predictive models and algorithms of multicriteria optimization which proved to be very useful for the elaboration of these materials and the control of the corresponding processes
Ces travaux de recherche ont pour but l'élaboration des mélanges de polyamide 12 (PA12) et de polydiméthylsiloxane (PDMS), selon une démarche originale reposant sur la synthèse simultanée, par voie anionique, du polyamide et d'un compatibilisant, durant l'élaboration du mélange par extrusion réactive. Cela conduit à la structuration du matériau sous la forme d'une phase continue (PA12) au sein de laquelle l'élastomère, qui est stabilisé par le compatibilisant, est finement dispersé. Le mécanisme de formation de la morphologie est alors complètement différent de celui mis en œuvre dans les autres procédés. Les deux phases étant alors liées de manière très intime, il en résulte une amélioration remarquable des propriétés mécaniques des matériaux, en particulier leur tenue au choc. A cette fin, un modèle cinétique des deux polymérisations a été élaboré. Par ailleurs, la synthèse complète d'un nouveau macroactivateur a été réalisée pour former in situ le compatibilisant. Avant la mise en oeuvre du procédé d'extrusion réactive, des études préalables ont été nécessaires afin d'étudier l'influence des conditions opératoires et la composition du milieu sur les propriétés finales des matériaux. Pour conduire de façon optimale le procédé, des nouveaux outils et concepts scientifiques ont été élaborés. Ces outils, issus d'une expérimentation importante, sont des modèles prédictifs et des algorithmes d'optimisation multicritère qui se sont avérés très utiles pour la fabrication de ces matériaux et pour la conduite des procédés correspondants

Les matériaux polymères sont aussi bien utilisés dans des applications de la vie courante que dans des domaines de haute technologie. Ces matériaux font intervenir des échelles spatiales et temporelles variées et étendues, rendant la modélisation de leurs propriétés inaccessible avec une seule méthode. Cette thèse propose le développement d’une stratégie multi-échelle, couplant ainsi plusieurs niveaux de représentation de la matière. Le but est d’accéder aux propriétés rhéologiques d’un polymère, faisant intervenir des temps de relaxation lents, tout en conservant les caractéristiques chimiques intrinsèques à sa microstructure de façon à pouvoir établir des relations structure-propriétés. Les potentiels d’interaction de l’échelle mésoscopique sont développés à partir des configurations atomistiques. Ils permettent ensuite une reproduction quantitative de plusieurs propriétés structurales du polymère, telles que la masse volumique ou la distance bout à bout. La transférabilité des potentiels mésoscopiques a été étudiée à travers la dépendance des propriétés thermomécaniques en température, en pression et en nature du polymère. À partir de ces potentiels, des simulations hors équilibre ont permis de déterminer des grandeurs caractéristiques comme la masse d’enchevêtrement ou le module élastique. L’approche multi-échelle est étendue à l’interaction polymère-silice, dans le but d’étudier l’impact des facteurs comme le degré de confinement ou la densité de greffage sur les propriétés dynamiques et structurales des chaînes au voisinage de la surface
Polymer materials are widely used, both for everyday applications and in high-technology products. These materials involves a wide range of time and length scales, making the modelling of their properties challenging by using only one method. This thesis focuses on the development of a multiscale strategy, combining different levels of description of the matter. The aim is to reach the rheological properties of a polymer over a large time scale, while retaining the chemical structure inherent of its microstructure. The investigation of structure-property relationships will then be facilitated. The mesoscopic potentials are developped from atomistic configurations. A quantitative reproduction of several structural properties of the polymer such as density or end to end distance is obtained. Then, the transferability of the potentials has been studied through the dependence of temperature, pressure or polymer structure on thermomechanical properties. By using these potentials, nonequilibrium simulations have been carried out to calculate the entanglement mass and the plateau modulus. The multicale approach has been extended to model the polymer-silica interaction in order to study the impact of the degree of confinement or the grafting density on the dynamical and structural properties of polymer chains close to the surface

Le test d'indentation instrumenté permet de caractériser mécaniquement la surface des matériaux. Une approche expérimentale innovante est proposée ici pour étudier la viscoélasticité d'un polymère lors d'un test d'indentation. Ce test permet d'appliquer un indenteur sur la surface d'un matériau pour un chargement maintenu constant. La transparence de l'échantillon permet l'observation in-situ de l'évolution du contact réel en fonction du temps. Il s’agit du fluage. Après un temps de maintien en charge programmé, il est possible d’observer la cicatrisation de l'empreinte en fonction du temps. Il s'agit de la phase de recouvrance. L'indenteur est choisi sphérique et le polymère est du PMMA. Les résultats montrent qu’il est nécessaire d'étudier le retour viscoélastique des empreintes résiduelles pour conclure sur la linéarité ou non du comportement matériau. La modélisation numérique du comportement viscoélastique du PMMA permet d’obtenir plus d'informations sur les phénomènes en jeux sous le contact. Le processus d'identification est réalisé à partir de relaxation et de l'utilisation du modèle de Maxwell généralisé. La description des champs de déformation relevés sous le contact indique que l'apparition d'une déformation permanente est corrélée au positionnement à l'interface sphère / matériau d’un niveau de déformation. La seconde partie du travail concerne le retour viscoélastique du sillon obtenu lors d'un essai de rayure. L'influence du frottement interfacial, du niveau de déformation appliqué et de la vitesse de rayure sont étudiés. L'ensemble de ces résultats donne des pistes pour identifier les propriétés à l'origine de la cicatrisation des surfaces
The indentation test permits to characterize the mechanical properties of materials surfaces. An innovative experimental approach is proposed here to study the viscoelasticity of a polymer during an indentation test. This test permits to apply an indenter on the surface of a material under a constant applied load. The transparency of the sample allows the in-situ observation of the evolution of the true contact as a function of time. This is the creep phase. After a holding time, it is possible to observe the healing of the residual imprint as a function of time. This is the recovery phase. The spherical probe is chosen and the polymer is PMMA. The results show that it is necessary to study the recovery of the residual imprint to conclude on the linearity or non-linearity of the material behavior. Numerical modeling of viscoelastic behavior of PMMA can get more information. The identification process based on the generalized Maxwell model is made from relaxation tests. The description of the strain fields indicate that the onset of permanent strain is correlated to the positioning of the strain level at the interface sphere / material. The second part of the work involves the return of viscoelastic groove obtained during a scratch test. The influence of interfacial friction, the strain applied and the strain rate are investigated. All these results suggest ways to identify the properties responsible for the healing surfaces

Les hétérogénéités des matériaux peuvent être dues soit à la présence de plusieurs phases physiques dont l’organisation atomique ou moléculaire est différente (polymères semi-cristallins ou polycristaux), soit à la présence de constituants différents (matériaux composites). Pour déterminer les propriétés physiques de ces matériaux, l’expérimentation reste nécessaire bien que coûteuse. D’autres inconvénients comme la durée des expériences et la difficulté à les mettre en œuvre compliquent le travail du chercheur ou de l’ingénieur. La modélisation des propriétés effectives par des modèles analytiques se positionne donc comme une alternative performante pour la compréhension du comportement de ces matériaux. De nombreux modèles analytiques permettent de prédire les propriétés effectives des matériaux hétérogènes en fonction de la fraction volumique de chacune de leurs phases. Cependant, ces modèles sont fondés sur des simplifications géométriques éloignées de la microstructure réelle du matériau. Ce travail se propose d’étudier la conductivité effective (électrique ou thermique) des matériaux hétérogènes on se fondant sur une approche statistique qui permet de prendre en compte les détails de la microstructure via des fonctions de probabilité
Heterogeneities of materials may be due either to different atomic or molecular organization in the same material (semi-crystalline polymer or polycrystals), or to the presence of different constituents (composite materials). To determine the physical properties of these materials, experimentations, although expensive, is still necessary. Other disadvantages such as difficulty of implementing experimental procedures complicate the work of the researchers and engineers. Therefore modeling the effective properties using analytical models is positioned as a performance alternative to facilitate the understanding of the behavior of these heterogeneous materials. Many analytical models based on the volume fraction of each phase are used to predict the effective properties of heterogeneous materials. However, these models are based on different geometrical simplifications of the real material’s microstructure. This work investigates the modeling of effective conductivity (electrical or thermal) of heterogeneous materials using statistical continuum theory. This methods use probability functions to take into account the microstructure distribution, shape of constituents and their orientations

La fabrication de pièces composites à matrice organique chargée de particules par un procédé de type LCM (Liquid Composite Molding) soulève le problème de l'écoulement du mélange de la résine avec les charges à travers le renfort fibreux. L'augmentation de la viscosité due aux particules, d'une part, et la filtration éventuelle des charges par le réseau fibreux, d'autre part, sont deux phénomènes à considérer car ils peuvent engendrer d'importants défauts de fabrication. Cette étude, volontairement limitée à une géométrie 1D, comporte une phase expérimentale et une phase de modélisation à l'échelle macroscopique, complémentaires l'une de l'autre, et menées en parallèle. Un moyen simple de mesure de la quantité de charges présentes dans la pièce en fin d'injection a d'abord été mis au point. Des essais d'injection de pièces, menés dans différentes conditions expérimentales, ont mis en évidence l'existence de deux comportements de filtration distincts. La modélisation est basée sur une équation de conservation de la masse et trois équations constitutives. Le modèle de filtration proposé dépend de deux paramètres physiques et d'un seul paramètre numérique, qui ont été identifiés par méthode inverse à partir des résultats expérimentaux. Enfin, la résolution du modèle développé est couplée à celle de l'écoulement d'un fluide à travers un renfort fibreux. Les résultats de la simulation, tant pour le profil de concentration de charges dans la pièce que pour le temps d'injection, sont très satisfaisants et viennent valider la démarche générale de cette étude.

Les systemes de tensegrite sont des systemes innovants dans le domaine du genie civil. Leur esthetique est une source d'inspiration nouvelle pour les architectes. Ce sont des systemes reticules, spatiaux et en etat d'autocontrainte. La premiere partie du manuscrit consiste en une presentation des differentes phases de leur conception. La recherche de forme, notamment, definit les geometries particulieres permettant l'instauration d'un etat de sollicitation interne qui va rigidifier le systeme. La deuxieme partie est l'occasion d'exposer des methodes qui, pour une geometrie autocontrainte donnee, permettent de rechercher tous les etats d'autocontrainte qui respectent la rigidite unilaterale des cables. Ces etats conformes sont utilises pour mettre en etat d'autocontrainte l'ensemble de la structure. Leur influence sur le comportement est evaluee pour realiser un dimensionnement suivant les eurocodes. La troisieme partie est consacree a une etude de la sensibilite de ces systemes aux imprecisions de fabrication des elements. Elle est un prealable a l'etude plus precise de fiabilite qui amenera a completer les eurocodes pour des systemes innovants qui n'ont pas ete pris en compte dans les reglements. Enfin, une etude de la mise en autocontrainte des systemes est proposee. Elle permet de montrer que l'assemblage des systemes de tensegrite peut se faire dans une geometrie non-autocontrainte, avec seulement quelques cables actifs assurant la mise en tension.

Dans le cadre du développement de matériaux polymères conducteurs électroniques, ces travaux visent, d'une part, l'élaboration d'un modèle de la polymérisation de l'aniline par couplage chimique oxydant (en milieu acide et en présence de persulfate d'ammonium), et d'autre part, son extension à la copolymérisation de l'aniline avec des acides o-amino-phénoxyalcanesulfoniques. Mise en place pour l'étude de l'influence des conditions opératoires (nature de l'oxydant, acidité du milieu, concentrations des réactifs,), la technique de suivi de l'avancement de la réaction par la mesure du potentiel redox du milieu a permis de mettre en évidence les étapes essentielles du processus de polymérisation. Le modèle global proposé prend en compte une étape lente d'initiation (dimérisation), une phase de propagation (caractérisée par l'autocatalyse par le polymère formé) et la dégradation du dimère (hydrolyse). L’optimisation des paramètres cinétiques et la validation du modèle sont réalisées à partir des courbes d'évolution de la conversion d'aniline, déterminées à l'issu du dosage par CPG du monomère résiduel. L’étude cinétique des copolymérisations de l'aniline avec les dérivés substitués par un groupement alkoxysulfonique montre que la réactivité des comonomères en présence est très différente selon le processus envisagé. À cause de l'encombrement stérique des substituant, la dimérisation implique obligatoirement une molécule d'aniline. Au cours de la phase de propagation, l'effet électrodonneur des substituant, abaissant le potentiel d'oxydation par rapport à celui de l'aniline, est favorable à l'attaque électrophile des macromolécules, et entraine une réactivité des dérivés très supérieure à celle de l'aniline. Les copolymères obtenus présentent vraisemblablement une structure séquencée. Les conductivités de ces copolymères autodopés sont comprises entre 10-⁴ et 1 S. Cm-1.

Répondant à une forte demande de sécurité, d’économie de poids et d’optimisation du volume utile, les réservoirs pour carburants sont actuellement généralement constitués d’une paroi barrière polymère multicouche visant à limiter les émissions de vapeurs dans l’atmosphère. Etre capable de prédire les perméabilités est primordial pour l’optimisation de telles structures. Grâce à des automates conçus au laboratoire, les mesures de sorption et de perméabilité ont été réalisées pour trois polymères leaders du domaine (PEHD, Liant et EVOH) et des mélanges modèles de carburants composés d’éthanol, d’iso-octane et de toluène. Les propriétés de sorption ont été modélisées par UNIQUAC et un nouveau modèle inédit SORPFIT. Les paramètres des lois de diffusion, de type TSVF2 ou Long généralisé, ont aussi été optimisés pour chaque polymère malgré une difficulté particulière pour l’EVOH. Une méthodologie originale a été ensuite proposée pour la prédiction des flux partiels des multicouches à partir des paramètres caractéristiques des monocouches correspondantes. Selon la nature et la disposition de chaque couche, deux cas de figures ont été identifiés : la limitation cinétique et la limitation thermodynamique du transfert, cette dernière étant estimée à partir des modèles de sorption initialement optimisés. La confrontation des calculs avec les mesures expérimentales réalisées pour des films bicouches et tricouches d’Arkema montre des prédictions très satisfaisantes. Cette approche est finalement étendue à la simulation de la perméabilité de structures multicouches plus complexes et plus représentatives des réservoirs pour carburants industriels
Responding to a strong demand for security, weight reduction and volume optimization, the fuel tanks are currently usually made of polymer multi-layer barriers in order to limit vapour emissions into the atmosphere. The prediction of their permeability remains a world-wide critical challenge for the multi-layer optimization. Thanks to original semi-automated experimental set-ups, sorption and permeability measurements were carried out for three leading polymer materials (HDPE, EVOH and Binder) and model fuel mixtures of ethanol, iso-octane and toluene. The modelling of the sorption properties was successfully achieved by the UNIQUAC model and a new model called SORPFIT. The parameters of the diffusion laws according to the TSVF2 or the generalized Long models were also optimized for each polymer despite some difficulty with EVOH. An original methodology was then proposed for predicting the partial fluxes of polymer multi-layers from the characteristic parameters of the corresponding mono-layers. Depending on the nature and disposition of each layer, two scenarios were identified: the kinetics limitation and the thermodynamics limitation of mass transfer, the latter being estimated from the sorption models initially optimized. The comparison of the calculated fluxes with the experimental data obtained for bi-layer and tri-layer films provided by the world-wide industrial company Arkema showed that the predictions were very satisfying. This approach was then extended to the simulation of the permeability of more complex multi-layer structures which are more representative of commercial fuel tanks

L'amélioration du comportement surfacique des polymères nécessite une meilleure compréhension de la physique locale du contact. La mécanique des milieux continus trouve ses limites dans l'analyse de phénomènes aux petites échelles. Le recours aux simulations de dynamique moléculaire (DM) trouve ici son sens. Des simulations de DM de l'essai de nano indentation et de nano-rayure ont été réalisées pour des volumes élémentaires représentatifs d'un modèle de polymère amorphe. Tout d'abord, les essais d'indentation ont montré de fortes similitudes avec des résultats d'essais de nano indentation sur des films d'époxy de températures de transition vitreuse diverses. Ensuite, les essais de rayure ont permis d'aborder une étude originale du frottement local. Par ailleurs, nos résultats ont permis de mettre en évidence l'existence d'une fine couche cisaillée sous le contact lors de l'indentation et de la rayure, puisqu'il est possible de montrer que l'orientation des chaînes y est modifiée. L'épaisseur de cette couche cisaillée dépend de la nature du potentiel d'interaction pointe / film de polymère, de la rugosité de la pointe, mais aussi du motif cristallographique de cette dernière. Enfin, des essais mécaniques uniaxiaux sur un cube de polymère amorphe linéaire ont été réalisés, pour estimer le comportement mécanique du "polymère numérique". Un premier lien original entre simulations de DM et par éléments finis a alors pu être établi. Finalement, des premières informations sur les changements locaux de microstructure du polymère ont pu être mises en évidence
The improvement of polymer behavior requires a better understanding of the local physics of their contact mechanics. Continuum Mechanics (CM) approach is nevertheless limited when the local physics contributes to the global behaviour, because the matter is seen as a continuous medium. The Molecular Dynamics (MD) simulations are more relevant in such a situation because they consider molecular details and use a statistic thermodynamic formulation. In this work, MD simulations of nano-indentation and nano-scratch tests are studied on linear amorphous polymer surfaces. The tested volume elements are close to the Representative Volume Element of the model of linear amorphous polymer. First, results of MD simulations exhibit good correlations with experimental indentation data, and a study of local friction during scratch tests propose some origins to local friction. Then, an analysis of bond orientation in polymer chains display the existence of a small sheared layer under the tip, during indentation and scratch. The thickness of this small sheared layer depends on the interaction between the tip and the polymer film, on the roughness of the tip, and on the cristallographic pattern of the tip. At last, we sketch out an original link between DM and CM by investigating one-dimensional mechanical behavior of the numerical model of polymer. Finally, our results on local microstructural changes in the polymer (during indentation and scratch) are a first step for a better comprehension of local physics of contact mechanics on polymer surfaces

Ce travail de thèse porte sur l'étude de l'influence des paramètres de mise en œuvre sur les propriétés électriques de polyamides chargés de noir de carbone. Deux approches sont utilisées :* Une étude expérimentale dont le but est de déterminer les paramètres du procédé favorables aux propriétés électriques. Nous avons caractérisé les produits obtenus à l'aide de la microscopie ainsi que de mesures électriques et rhéologiques. Pour cela, nous avons mis en place une nouvelle méthode de caractérisation qui consiste à mesurer simultanément les propriétés rhéologiques et électriques des produits.* Une étude numérique traitant de la dispersion d'un agglomérat dans un écoulement de cisaillement, à l'échelle microscopique. La charge modélisée est constituée d'un assemblage de charges sphériques, reliées entre elles par une énergie de cohésion.