Présentation
Auteur(s)
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Jacques VERDU : Docteur ès sciences - Professeur à l’École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers (ENSAM – Paris)Laboratoire « Transformation et Vieillissement des polymères »
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les années 1990 ont vu le développement d’un courant de pensée selon lequel le processus de vieillissement des plastiques, en particulier oxydant, serait hétérogène à petite échelle (typiquement nanoscopique) du fait, en particulier, de la faible mobilité des radicaux libres dans les matrices polymères à l’état solide. Ainsi, les méthodes d’analyse classiques nous fourniraient une information moyennée sur un volume important, sans relation évidente avec les situations locales. La notion de concentration serait donc vidée de tout sens, ce que disqualifierait la cinétique chimique comme outil de modélisation du vieillissement.
Sans entrer dans les détails du débat (très complexe), on peut affirmer qu’il n’y a pas pour l’instant d’argument décisif en faveur de l’abandon de la cinétique classique, l’hétérogénéité postulée étant hors d’atteinte des outils analytiques disponibles alors que des approches indirectes, comme l’étude des variations de distribution des masses molaires, militent plutôt en faveur de l’homogénéité. De toute façon, malgré les intéressantes tentatives de modélisation hétérogène de certains auteurs, il n’y a pour l’instant pas d’alternative (sinon des méthodes empiriques peu recommandables dans ce domaine) à la modélisation cinétique classique pour la prédiction de durée de vie. Cette dernière a par ailleurs connu des développements importants dans la dernière décennie : grâce à l’utilisation de méthodes numériques de résolution, elle peut désormais se débarrasser des hypothèses ad hoc qui en limitaient la crédibilité, par exemple les hypothèses d’état stationnaire, et aborder des problèmes d’un niveau de complexité hors d’atteinte des méthodes traditionnelles basées sur la recherche de solutions analytiques.
Le présent article est consacré à la présentation d’un modèle cinétique appli-cable à une grande variété de cas de figure, les différents types de vieillissement faisant l’objet de l’article précédent [A 3152].
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- Version courante de oct. 2012 par Emmanuel RICHAUD, Jacques VERDU
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Schéma mécanistique7. Conclusion
La modélisation cinétique est un passage obligé pour la prédiction de durée de vie. Les efforts des chercheurs, dans les années 1940 à 1980, visaient essentiellement à rechercher des modèles analytiques, ce qui les obligeait à faire des hypothèses simplificatrices peu réalistes et inefficaces. L’impression générale d’échec qui en est résultée a conduit beaucoup de spécialistes à abandonner cette discipline ou à construire de nouveaux types de modèles , qui pourraient avoir une utilité en simulation mais ne semblent pas, pour l’instant, utilisables en prédiction de durée de vie.
Il apparaît donc que la meilleure voie de progrès, dans ce domaine, est la voie de la résolution numérique des schémas cinétiques classiques. Autrement dit, il faut que le vieillissement des polymères connaisse la même révolution que la mécanique et mette en œuvre les mêmes outils, en particulier les méthodes inverses pour identifier les paramètres des « lois de comportement ».
Les premiers exemples d’application de ces méthodes dans des domaines aussi différents que l’oxydation à basse température du polypropylène (T < 150 ˚C), ou l’oxydation à plus haute température de polyimides et des composites correspondants à fibres de carbone, mettent clairement en évidence leurs qualités prédictives et l’efficacité des critères de validation associés.
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