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Relations entre la structure moléculaire et les propriétés mécaniques et physico-chimiques des polymères semi-cristallins

par Boris Belin

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Bernard Rousseau et de Véronique Lachet.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes , en partenariat avec Institut de Chimie Physique (laboratoire) , TheoSim (equipe de recherche) et de Faculté des sciences d'Orsay (référent) depuis le 01-03-2020 .


  • Résumé

    La thèse proposée entre dans le cadre d'un partenariat entre IFP Energies nouvelles, le Laboratoire de Chimie Physique d'Orsay et la société Materials Design. Elle vise à développer un workflow numérique basé sur différentes techniques de simulation moléculaire atomistique dans le but de caractériser les propriétés d'usage de matériaux polymères utilisés dans divers secteurs industriels. Plus précisément, les matériaux visés sont des polymères semi-cristallins, c'est-à-dire des polymères présentant une auto-structuration au refroidissement, créant un réseau physique entre des phases rigides cristallines et des phases amorphes molles. L'agencement et les caractéristiques des différentes phases de ces polymères confèrent à ces matériaux des propriétés spécifiques, tant au niveau de leur structure que de leur comportement mécanique ou physico-chimique. La mise en œuvre de différentes techniques de simulation moléculaire (dynamique moléculaire et Monte Carlo principalement) nous permettra de mieux caractériser, comprendre et prédire l'impact de la complexité de la morphologie d'un tel matériau sur ses propriétés : propriétés mécaniques et propriétés barrière (solubilité et diffusion de tierces molécules comme des plastifiants, de l'eau ou des gaz). La démarche scientifique proposée s'articule autour de quatre actions : (1) la construction d'échantillons représentatifs des matériaux d'intérêt et leur caractérisation structurale et dynamique, (2) l'étude du comportement mécanique dans le domaine élastique des différents échantillons ainsi construits et caractérisés, (3) l'étude de la perméabilité de différents pénétrants dans ces différents échantillons, (4) une étude couplée propriétés barrière - propriétés mécaniques. Les principaux outils de simulation moléculaire utilisés pour réaliser ce travail seront des outils disponibles dans la plateforme MedeA® proposée par Materials Design, en particulier les logiciels LAMMPS et GIBBS.

  • Titre traduit

    Relationships between the molecular structure and the mechanical and physico-chemical properties of semi-crystalline polymers


  • Résumé

    The proposed PhD project is part of collaboration between the research institute IFP Energies nouvelles, the Laboratory of Chemical Physics at Paris-Sud University and the company Materials Design. The overarching goal of the project is the development and application of a range of materials modeling techniques in order to characterize the main properties of polymeric materials used in different industrial sectors. Specifically, the target materials in this study are semi-crystalline polymers, i.e. polymers that present a self-structuration at the nanometre scale during cooling processes, leading to a physical network between rigid crystalline phases and soft amorphous phases. The arrangement and characteristics of the different phases of these polymers give to these materials some specific properties, both in terms of structure and of mechanical behaviour or physico-chemical properties. The use of different molecular simulation techniques (mainly molecular dynamics and Monte Carlo) will allow to better characterize, understand and predict the impact of the complex morphology of such material on its properties: mechanical properties and barrier properties (solubility of third molecules as plasticizers, water or gases). The scientific approach proposed in this work is based on four stages: (1) the construction of different representative samples of these materials and the study of their structural and dynamical properties, (2) the study of the mechanical behaviour of these samples limited to the elastic regime, (3) the study of the permeability of penetrants in these systems, (4) a coupled study of mechanical and barrier properties. The simulation tools that will be used to perform this study are tools available in the MedeA® platform distributed by Materials Design, for instance the LAMMPS and GIBBS software.