Analyse micromécanique des variations dimensionnelles de matériaux alvéolaires - application au polystyrène expansé

Micromechanical modelling of dimensional variations of cellular materials - application to expanded polystyrene

• Auteur / Autrice : Teddy Fen Chong
• Direction : Eveline Herve-Luanco
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Palaiseau, Ecole polytechnique

Résumé

Apres élaboration, le polystyrène expansé (pse), matériau alvéolaire, évolue dimensionnellement au cours du temps, ce qui pose problème au niveau des applications. Ce travail vise à comprendre et modéliser les phénomènes mécaniques et physico-chimiques responsables de ce processus et la façon dont ceux-ci interagissent entre eux. De l'analyse du procède industriel de fabrication du pse, il apparaît nécessaire de modéliser l'influence conjuguée de la pression intra-alveolaire avec le comportement propre du matériau constitutif des parois des alvéoles. Ceci est réalise au moyen de techniques classiques d'homogénéisation en viscoélasticité linéaire, isotrope, sans vieillissement dans des conditions anisothermes (par le biais notamment du principe de l'équivalence temps-temperature). Le problème industriel central concernant le post-retrait (retrait du pse à la température ambiante de 20c sur six semaines), l'étude s'oriente ensuite vers les mécanismes physico-chimiques microscopiques qui en sont responsables. Elle indique qu'il s'agit de la viscoélasticité du polystyrène pur reposant sur des mouvements macromoléculaires de type transition secondaire, de la désorption du pentane résiduel du pse après démoulage, et non pas de la relaxation de volume. Ces résultats s'appuient sur une étude bibliographique de la thermodynamique des phases amorphes et vitreuses, sur des expériences de flexion plane avec deux appuis simples et sur des essais d'expansion de billes expansibles ; l'interprétation de tous ces résultats expérimentaux requiert la modélisation micromécanique mise précédemment en place. Cette étude se termine par une mise en place d'outils de simulation numérique par éléments finis des champs de déformations anisothermes de blocs de pse.