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dc.contributor.advisorSoldera, Armand
dc.contributor.authorGodey, Françoisfr
dc.date.accessioned2020-01-21T16:44:26Z
dc.date.available2020-01-21T16:44:26Z
dc.date.created2020fr
dc.date.issued2020-01-21
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11143/16383
dc.description.abstractBien que connu depuis l’Antiquité, le passage de l’état caoutchoutique à l’état vitreux, c’est-à-dire la transition vitreuse, est un phénomène qui peut être appréhendé phénoménologiquement mais dont l’origine physique reste méconnue. Lors de l’abaissement de la température, sur une courte plage de température souvent associée à une valeur unique appelée température de transition vitreuse, notée Tg (Glass Transition), les matériaux présentant une phase amorphe tels que les polymères, voient leur viscosité augmenter drastiquement, passant d’environ 102 poises à 1013 poises, valeur caractéristique de la transition vitreuse. Pour tenter d’expliquer cette augmentation, qui est liée au ralentissement dynamique, de nombreuses théories ont vu le jour au sein de la communauté scientifique. Cependant, à cause notamment de la trop grande disparité des échelles de temps de relaxation mises en jeu, ces théories restent parcellaires. Une théorie expliquant dans son ensemble cette augmentation spectaculaire de la viscosité reste encore à établir. Grâce au développement rapide de l’informatique ces 50 dernières années, de plus en plus de chercheurs l’utilisent comme outil à part entière de recherches. La simulation, dont la dynamique moléculaire (DM) est l’une de ses composantes, offre une véritable expérience virtuelle donnant accès à des échelles de temps et d’espace jusque-là inaccessibles. L’utilisation de la DM afin de déterminer la Tg pour tout un panel de polymères, et ainsi montrer la puissance de prédiction de cet outil, bien qu’utile et intéressante, n’est pas l’objet central de cette thèse par articles. Le but premier que nous affichons est d’apporter une vision essentiellement chimique à la transition vitreuse au sein de polymères. Plus particulièrement, nous avons veillé à apporter une signification concrète à la Tg observée en simulation atomistique. Ceci nous a amenés à poser une image simple, mais néanmoins efficace, de la transition vitreuse. Avant de développer le contenu de cette thèse, il est intéressant de mentionner ici que les six chapitres la constituant présentent tous la même structure. Cela, afin de lui conférer une certaine harmonie. Cette structure est la suivante : Introduction – Corps du chapitre – Conclusion. Dans un premier temps, au sein de cette thèse, les trois premiers chapitres apportent une vue d’ensemble à la transition vitreuse et précisent les outils et méthodes utilisées pour l’étudier. Une présentation des principales théories développées pour tenter d’expliquer le phénomène de transition vitreuse a tout d’abord été réalisée. Il en ressort le fait que la coopérativité au sein des chaînes de polymères se présente comme étant l’un des moteurs essentiels à cette transition. Ainsi, nous nous sommes plus particulièrement intéressés aux transitions entre états rotamériques des angles dièdres de la chaîne principale. Pour cela, nous avons réalisé une présentation chronologique de l’ensemble des avancées les plus marquantes faites sur le sujet. Dans cette partie, nous avons notamment mis en évidence la prédominance de l’outil informatique dans les recherches. Également, nous avons montré que les résultats dépendent fortement de la méthode utilisée. C’est pourquoi, après avoir complété le premier chapitre en étudiant les méthodes expérimentales de détermination de la Tg et les paramètres influençant la valeur de cette dernière, nous nous sommes intéressés à notre outil expérimental, c’est-à-dire la dynamique moléculaire (DM). La DM utilise un ensemble d’équations et de paramètres afin de mimer les interactions entre les particules et de les animer. Ainsi, dans le cadre du second chapitre, nous avons détaillé son principe de fonctionnement. Bien que virtuelle, la DM présente des erreurs et incertitudes que nous avons présentées. Néanmoins, afin de minimiser ces dernières, une méthode de simulation fiable et spécifique à notre sujet d’étude a été mise en place dans le cadre de cette thèse. Le troisième chapitre est ainsi dédié à la présentation de nos simulations de polymères amorphes (polyéthylène (PE) et polystyrène (PS)), en mettant l’accent sur les étapes formant notre méthode et la validation de cette dernière. Ces étapes sont aux nombre de 4 : Modélisation des configurations initiales – recuit initial – Compression hydrostatique uniforme – Recuit final. Dans un second temps, au sein de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux différents résultats et interprétations issus de nos expériences. Cela fait l’objet de 3 chapitres. Chacun d’eux est entièrement dédié à la présentation d’un article. L’ensemble forme un tout répondant à notre problématique. Ainsi, en exploitant des résultats de dilatométrie simulée, nous avons mis en évidence que la plage de température, durant laquelle intervient la transition vitreuse, est beaucoup plus étendue, de 30 à 40 fois, que celle obtenue via des expériences classiques. Le gel progressif des degrés de libertés rend difficile la détermination d’une valeur unique de Tg. La vitesse extrêmement élevée du refroidissement de la température rend l’exploration de l’espace des configurations difficile. Un parallèle entre notre technique et les caméras à haute vitesse y est fait, et ceci pour la première fois. Au sein du 5ème chapitre, nous validons et développons nos interprétations, c’est-à-dire l’élargissement de la plage de transition correspondant à un gel progressif des degrés de liberté, en apportant une vision plus mécanique. Ainsi, nous avons étudié le module d’incompressibilité, de trois façons différentes, confirmant ainsi l’expansion de la plage de transition. De plus, le paramètre de Gruneisein nous a permis de valider le gel progressif de degrés de liberté observé auparavant. Une fois cet élargissement observé et démontré, nous avons orienté nos recherches vers l’étude des transitions entre états rotamériques des dièdres constituant la chaîne principale de nos polymères. Introduite dès le chapitre 4, et complétée dans ce dernier, l’énergie d’activation associée à ces transitions, nous a permis d’apporter cette signification tant souhaitée à la Tg et ainsi cela nous a permis de poser une image simple et efficace de la transition vitreuse. Pour cela, après avoir établi une relation directe entre Ea et la Tg, nous nous sommes plus spécifiquement intéressés à la mobilité des différents segments au sein des polymères choisis, afin d’étudier les mécanismes responsables de l’élargissement de la plage de température.fr
dc.language.isofrefr
dc.language.isoengfr
dc.publisherUniversité de Sherbrookefr
dc.rights© François Godeyfr
dc.rightsAttribution - Partage dans les Mêmes Conditions 2.5 Canada*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5/ca/*
dc.subjectTransition vitreusefr
dc.subjectPolymèresfr
dc.subjectSimulation atomistiquefr
dc.subjectDynamique moléculairefr
dc.subjectPlage étenduefr
dc.subjectÉnergie d'activationfr
dc.titleÉtude de la transition vitreuse au sein de polymères selon une approche atomistique en utilisant la dynamique moléculairefr
dc.typeThèsefr
tme.degree.disciplineChimiefr
tme.degree.grantorFaculté des sciencesfr
tme.degree.levelDoctoratfr
tme.degree.namePh.D.fr


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