Modélisation mécanique multi-échelle de polymères nanostructurés – NANOMECA

L'objectif de ce projet est la caractérisation et la modélisation des propriétés mécaniques de polymères nanostructurés. Dans cette étude nous nous concentrerons principalement sur des matériaux présentant, à l'échelle nanomètrique, une structure lamellaire (empilement de différentes phases), au sein de laquelle on aura fait varier la densité de molécules liens entre phases: les copolymères à blocs et les polymères semi-cristallins en sont des parfaits exemples. La modélisation micromécanique retenue est basée sur les techniques d'homogénéisation. Une des difficultés réside dans la connaissance du comportement de chaque phase d'un empilement et de leur couplage mécanique. Pour accéder à ces données (par exemple module des phases) on utilisera des calculs de dynamique moléculaire et une détermination par méthode inverse à par partir de la modélisation micromécanique. La modélisation sera ensuite entreprise à l'échelle mésoscopique (à l'échelle de la sphérolite dans le cas des polymères semi-cristallins, et à l'échelle des microdomaines dans le cas des copolymères à blocs) et à l'échelle macroscopique, les estimations issues d'une première étape d'homogénéisation étant injectées comme paramètres d'entrées de la seconde étape. Parallèlement, plusieurs techniques expérimentales sont mise en œuvre pour mesurer les déformations locales à l'échelle des empilements. La comparaison des différents résultats doit permettre d'affiner progressivement chaque échelle de modélisation jusqu'à ce que l'ensemble des résultats soient cohérents et prédictifs. Dans une première étape, la modélisation sera centrée sur des déformations suffisamment faibles pour la microstructure reste stable. On cherchera alors à déterminer les propriétés viscoélastiques du matériau jusqu'à la limite d'écoulement. Puis à plus long terme les plus grandes déformations seront explorées. On cherchera alors à comprendre la genèse des microstructures étirées pour les semi cristallins ainsi que l'évolution de la microstructure pour les copolymères à bloc. On prendra alors en compte ces évolutions structurales pour la modélisation du comportement mécanique. L'aspect hétérogène et anisotrope de cette microstructure, ainsi que son évolution au cours de la déformation, sera également pris en compte.