Polymères sous rayonnements ionisants : étude des transferts d’énergie vers les défauts d’irradiation

Polymers under ionizing radiation: the study of energy transfers to radiation-induced defects

• Auteur / Autrice : Aude Ventura
• Direction : Emmanuel Balanzat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie infrarouge

Spectrométrie de masse

Polymérisation

Transfert d'énergie

Hydrogène

Rayonnements ionisants

Polyéthylène

Résumé

Les défauts créés dans les polymères soumis aux rayonnements ionisants, en atmosphère inerte, suivent pratiquement tous la même évolution en fonction de la dose. Lorsque la dose augmente, leur concentration augmente puis se stabilise. L’hypothèse retenue pour expliquer ce comportement est la mise en place de transferts d’énergie vers les défauts macromoléculaires créés aux faibles doses. Ceux-ci agissent comme des pièges à énergie et conduisent donc à la radio-stabilisation du polymère. Au cours de cette thèse, nous nous sommes attachés à la quantification de l’apport de l’insaturation trans-vinylène dans le comportement sous rayonnements ionisants du polyéthylène. Avec le dihydrogène, ce groupement compte parmi les défauts majoritaires créés dans ce polymère. Du fait de la variété des défauts et de la simultanéité de leur création, nous avons choisi une méthodologie nouvelle consistant à insérer par voie de synthèse, de manière spécifique et à différentes concentrations, des insaturations de type trans-vinylène, dans les chaînes de polyéthylène. Les polymères résultants ont été irradiés, en atmosphère inerte, avec des rayonnements de faibles TEL (,  et de forts TEL (ions lourds). Tant les défauts macromoléculaires que l’émission de dihydrogène ont été quantifiés. Il apparaît, sur la base des résultats expérimentaux, que l’apport des groupements trans-vinylènes est prédominant dans la radio-stabilisation du polyéthylène en atmosphère inerte. Les défauts créés dans les polymères soumis aux rayonnements ionisants, en atmosphère inerte, suivent pratiquement tous la même évolution en fonction de la dose. Lorsque la dose augmente, leur concentration augmente puis se stabilise. L’hypothèse retenue pour expliquer ce comportement est la mise en place de transferts d’énergie vers les défauts macromoléculaires créés aux faibles doses. Ceux-ci agissent comme des pièges à énergie et conduisent donc à la radio-stabilisation du polymère. Au cours de cette thèse, nous nous sommes attachés à la quantification de l’apport de l’insaturation trans-vinylène dans le comportement sous rayonnements ionisants du polyéthylène. Avec le dihydrogène, ce groupement compte parmi les défauts majoritaires créés dans ce polymère. Du fait de la variété des défauts et de la simultanéité de leur création, nous avons choisi une méthodologie nouvelle consistant à insérer par voie de synthèse, de manière spécifique et à différentes concentrations, des insaturations de type trans-vinylène, dans les chaînes de polyéthylène. Les polymères résultants ont été irradiés, en atmosphère inerte, avec des rayonnements de faibles TEL (,  et de forts TEL (ions lourds). Tant les défauts macromoléculaires que l’émission de dihydrogène ont été quantifiés. Il apparaît, sur la base des résultats expérimentaux, que l’apport des groupements trans-vinylènes est prédominant dans la radio-stabilisation du polyéthylène en atmosphère inerte.

Radiation-induced defects created in polymers submitted to ionizing radiations, under inert atmosphere, present the same trend as a function of the dose. When the absorbed dose increases, their concentration increase then level off. This behavior can be assigned to energy transfers from the polymer to the previously created macromolecular defects; the latter acting as energy sinks. During this thesis, we aimed to specify the influence of a given defect, namely the trans-vinylene, in the behavior of polyethylene under ionizing radiations. For this purpose, we proposed a new methodology based on the specific insertion, at various concentrations, of trans-vinylene groups in the polyethylene backbone through chemical synthesis. This enables to get rid of the variety of created defects on one hand and on the simultaneity of their creation on the other hand. Modified polyethylenes, containing solely trans-vinylene as odd groups, were irradiated under inert atmosphere, using either low LET beams () or high LET beams (swift heavy ions). During irradiations, both macromolecular defects and H2 emission were quantified. According to experimental results, among all defects, the influence of the trans-vinylene on the behavior of polyethylene is predominant.