Rhéologie des verres hors équilibre thermodynamique par méthode dynamique

Rheology of glasses out of thermodynamic equilibrium by dynamic method

• Auteur / Autrice : Nourchene Ben Khelil
• Direction : Jean Rocherullé, Yann Gueguen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des matériaux
• Date : Soutenance le 01/12/2021
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique (Rennes)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Caurant, Vincent Keryvin, Fabrice Célarié‎, Cindy Rountree, Benoît Ruffle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Caurant, Vincent Keryvin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rhéologie

Viscoélasticité

Verres de phosphate

Mots clés libres

Verre de phosphate

RFDA

Viscoélasticité

Équilibre thermodynamique

Relaxation

Modèle de TNM

Phosphate glass

RFDA

Thermodynamic equilibrium

Relaxation

TNM model

Viscoelasticity

Résumé

Ce travail de thèse est dédié à l'étude de la rhéologie des verres de phosphates hors équilibre thermodynamique. Une méthode de mesure dynamique de propriétés rhéologiques a été exploitée, la RFDA (Resonance Frequency and Damping Analysis), afin d'analyser le comportement des propriétés du verre dans le domaine de la transition vitreuse et au-delà en temps et en température. Ces analyses permettent d’identifier les différents mécanismes mis en jeu, leurs cinétiques et leurs caractéristiques et comment leurs évolutions impactent le comportement macroscopique du verre. L'étude du comportement viscoélastique des verres inorganiques s’appuie sur le modèle de Maxwell généralisé. Nous nous sommes également intéressés à l'application du modèle de TNM pour l'ajustement et la prédiction du comportement de relaxation des verres via la RFDA. Nous avons mis en lumière comment un modèle mathématique est capable de déterminer l'évolution des propriétés mécaniques expérimentales et de prédire leurs évolutions pour une grande variété de conditions expérimentales. Nous avons démontré que les paramètres, trouvés à partir des changements du module élastique, suivant un profil thermique complexe par le RFDA, s'ajustent notamment aux résultats expérimentaux de la DSC et de la dilatométrie et sont capables de les prédire.

This thesis is devoted to the study of the rheology of phosphate glasses out of thermodynamic equilibrium. A method of dynamic measurement of rheological properties has been exploited, the RFDA (Resonance Frequency and Damping Analysis), in order to analyse the behavior of these properties in the region and above glass transition in time and temperature. These analyses allow to identify the different mechanisms involved, their kinetics and their characteristics and how their evolutions impact the macroscopic behavior of glass. The study of the viscoelastic behavior of inorganic glasses is based on the generalized Maxwell model. We have also investigated the application of the TNM model for the fitting and prediction of the relaxation behavior of glasses by RFDA. We have highlighted how a mathematical model is able to determine the changes in the experimental mechanical properties and to predict their evolutions for a wide variety of experimental conditions. We have demonstrated that the parameters, found from the changes of the elastic modulus following a complex thermal profile by RFDA, fit notably the experimental results of DSC and Dilatometry and are able to predict them.