Détermination des paramètres non linéaires constitutifs de lois de comportement viscoélastique par mesures de champ dans des écoulements complexes

Determination of non linear parameters of viscoelastic constitutive equations using fieldwise measurements in complex flows

• Auteur / Autrice : Ghalia Oukaci Boukellal
• Direction : Jean-François Agassant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris, ENMP

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biréfringence

Vélocimétrie laser Doppler

Polyéthylène

Polystyrène

Polymères

Viscoélasticité

Résumé

Les modèles de comportement issus des théories "moléculaires" permettent de faire le lien entre structure moléculaire et comportement dans des écoulements rhéométriques. Cependant, ces modèles peuvent être mis en défaut dès que l'écoulement est complexe ou fortement non-linéaire. Dans cette thèse, nous avons présenté des résultats expérimentaux permettant d'identifier les paramètres non linéaires constitutifs de ces lois de comportement viscoélastique pour les polymères fondus, en utilisant des mesures de champ telles que la Vélocimétrie Laser Doppler (LDV) et la Biréfringence Induite par Écoulement (FIB) pour un polystyrène (PS) et un polyéthylène basse densité (PEBD). Pour ces deux matériaux, nous avons réalisé des mesures de champ de contraintes et des mesures de champ de vitesses dans un écoulement convergent (pour le PS) et une contraction (pour le PEBD). Nous avons développé une méthode d'évaluation et d'identification d'une loi de comportement viscoélastique (modèle de Marrucci et Ianniruberto pour le PS, modèle de type " Pom-Pom " pour le PEBD) à partir de ces mesures de champs. Pour le PEBD nous avons en outre analysé l'influence de la température et du débit sur la taille des recirculations d'un écoulement secondaire. La taille de ces dernières dépend de l'importance relative des propriétés rhéologiques en cisaillement et en élongation de ce matériau.

Today "molecular-based" constitutive equations for polymer melts are able to link molecular structure to macroscopic response in rheometric flows. However, these models may fail in the case of strong, complex flows. In this thesis, we presented experimental results that allowed us to identify the nonlinear parameters of some viscoelastic constitutive equations for polymer melts using field measurements such as laser Doppler velocimetry (LDV) and Flow Induced Birefringence (FIB). This method was used for a polystyrene (PS) and a low density polethylene (LDPE). For both materials, stress and velocity field measurements were performed in a convergent flow geometry (for PS) and a flow contraction (for LDPE). A method for assessing and identifying a viscoelastic constitutive law (Marrucci and Ianniruberto for PS, and a "Pom-Pom"-like model for LDPE) were then developed. Moreover, for LDPE, the influence of temperature and flow rate on the size of a secondary flow recirculation (vortex) was investigated. The size of these latter depends on the relative importance of rheological properties in shear and elongation of the material.