10/07/2015 - Soutenance de thèse de Manuela Da Cruz

Avis de Soutenance

Manuela DA CRUZ
Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :
Approche multi-échelle du vieillissement thermo-oxydatif du polyéthylène haute densité utilisé dans les applications de génie civil et BTP
 
Soutenance prévue le vendredi 10 juillet 2015 à 14h00 - IFSTTAR
Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux
14-20 Boulevard Newton
Cité Descartes
Champs sur Marne
77447 Marne la Vallée
Amphi S01
 

 

Composition du jury proposé :
Pierre-Olivier Bussière, Maître de Conférences, ENSCCF, Rapporteur
Laurent Chazeau, Professeur, INSA de Lyon, Rapporteur
Valérie Langlois, Professeur, ICMPE, Examinateur
Nathalie Touze-Foltz, Chercheur, IRSTEA, Examinateur
Laetitia Van Schoors, Chargé de recherche, IFSTTAR, Co-encadrante de thèse
Karim Benzarti, Directeur de Recherche, IFSTTAR, Directeur de thèse
Xavier Colin, Professeur, PIMM, Co-directeur de thèse

 

Résumé : Le polyéthylène (PE) est communément utilisé en génie civil et en BTP en raison de son faible coût, de sa facilité de mise en œuvre ainsi que de ses propriétés barrières à l’eau et de sa résistance aux agents chimiques. Cependant ce matériau est sensible au vieillissement oxydatif et il est encore aujourd’hui difficile de prédire sa durabilité.

L’objectif de cette thèse est donc de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes mis en jeu lors de la thermo-oxydation du PE et qui conduisent in fine à la fragilisation du matériau. Dans ce cadre, une approche multi-échelle a permis d’évaluer l’impact du vieillissement thermo-oxydatif sur la composition chimique, les structures macromoléculaire et cristalline ainsi que les propriétés mécaniques de ce matériau. Cette étude a permis d’identifier deux périodes bien distinctes au cours de la thermo-oxydation, qui sont associées à des évolutions caractéristiques des marqueurs de l’oxydation aux différentes échelles représentatives du matériau. Durant la première période, le processus de coupure de chaîne entraîne une chute de la masse molaire et in fine une augmentation du taux de cristallinité liée à la formation et à l’épaississement des lamelles secondaires par phénomènes de chimicristallisation et de recuit. Ces évolutions conduisent à un confinement de la phase amorphe et par conséquent à la fragilisation du matériau. Durant la deuxième période, la décomposition des hydroperoxydes conduit à la formation d’espèces chimiques porteuses de doubles liaisons, qui sont responsables des phénomènes de réticulation dans la phase amorphe. Elle s’accompagne également d’une diminution notable du taux de cristallinité, car les lamelles secondaires les plus fines fondent lors du vieillissement et ne peuvent ensuite plus recristalliser du fait de la réticulation dans la phase fondue. Au final, un schéma global est proposé pour décrire l’enchainement et les répercussions des différents  mécanismes d’oxydation depuis l’échelle moléculaire jusqu’à l’échelle macroscopique.

Mots clés : polyéthylène, thermo-oxydation, approche multi-échelle, chimicristallisation, réticulation, fragilisation.

 

Abstract: Polyethylene (PE) is commonly used in civil engineering and building applications due to its low cost, easy processability and its good barrier properties and chemical resistance. However, this material is susceptible to oxidative ageing and its durability still remains difficult to predict.

The aim of this research project is to contribute to a better understanding of the various mechanisms involved in the thermo-oxidation of PE, which ultimately lead to an embrittlement of the material. In this context, a multi-scale approach made it possible to assess the impact of thermo-oxidative ageing on the chemical composition, on the macromolecular and crystalline structures and on the mechanical properties. This study revealed the existence of two distinct periods over the course of oxidation, which are associated to the characteristic evolutions of the oxidation markers at the different relevant scales of the material. As regards the first period, a chain scission process leads to a sharp drop in the molecular weight and is accompanied by an increase in the global crystallinity ratio. This latter is related to the formation and thickening of secondary lamellae, resulting from chemi-crystallization and annealing processes. These evolutions lead to a confinement of the amorphous layer, hence the embrittlement of the material. Concerning the second period, hydroperoxide decomposition leads to the formation of chemical species bearing double bonds, which are responsible for crosslinking phenomena in the amorphous phase. In addition, a decrease in the global crystallinity ratio is observed, as the thinner secondary lamellae cannot recrystallize after melting, due to crosslinking phenomena in the molten phase. In the end, a global scheme is proposed to describe the causal chain and the repercussions of the different oxidation mechanisms from the molecular scale up to the macroscopic level.

Keywords: polyethylene, thermal oxidation, multi-scale approach, chemi-crystallization, crosslinking, embrittlement.