Soutenance de thèse de Damien GACON

Composition du jury

    •    M. Fabrice SCHMIDT : Institut Clément Ader UMR CNRS 5312 site d'Albi - Directeur de thèse
    •    Mme Jannick DUCHET-RUMEAU : INSA Lyon - Rapporteure
    •    M. Joël BREARD : Université de Caen Normandie - Rapporteur
    •    M. Steven LE CORRE : Nantes Université - Examinateur
    •    M. Didier PERRIN : IMT Mines Alès - Examinateur
    •    M. Raffaele D'ELIA : Institut Clément Ader UMR CNRS 5312 site d'Albi - Examinateur
    •    M. Olivier DE ALMEIDA : Institut Clément Ader UMR CNRS 5312 site d'Albi - Co-encadrant de thèse

Résumé

Dans un objectif de réduction de l’impact environnemental des transports, le projet INFRAlight, dans lequel s’inscrit la thèse, vise à développer une infrastructure ferroviaire innovante en matériaux composites, dédiée aux trains légers. La résine acrylique Elium®, constituée majoritairement de méthacrylate de méthyle (MMA), est étudiée pour la fabrication des rails composites par pultrusion réactive. Bien que parfaitement adaptée à la mise en œuvre par voie liquide, la résine Elium® est marquée par une porosité significative après polymérisation. L'objectif global de cette étude a ainsi porté sur la compréhension des mécanismes régissant la formation de pores lors de la polymérisation de résines acryliques réactives afin d'optimiser la pultrusion de rails en matériaux composites. 

Des analyses microscopiques de profilés composites pultrudés, complétées par des mesures thermiques sur résine seule, ont révélé la présence de nombreux pores et souligné le rôle majeur de la cinétique de polymérisation. Celle-ci a été caractérisée expérimentalement par calorimétrie pour différents taux et natures d’initiateur, conduisant au développement d’un modèle cinétique hybride intégrant les mécanismes de polymérisation radicalaire et les effets diffusionnels (effet Trommsdorff et vitrification). Le rôle de la polymérisation sur l'évaporation de monomère, l'évolution de viscosité et le retrait chimique a ensuite été étudié. L’analyse a confirmé la forte volatilité du MMA et son ébullition au-delà de 100 °C. Les résultats révèlent que la polymérisation limite l’évaporation et l’ébullition du MMA, mais qu’elle s’accompagne d’un retrait chimique important (> 15 %). 

Afin d’approfondir les couplages entre ces phénomènes, un dispositif expérimental d'observation de la formation de pores au cours de la polymérisation a été développé. L’analyse s’est portée plus particulièrement sur la nucléation de pores, dont l’occurrence dépend fortement de la température, de la pression et de l’avancement de la réaction. L’auto-échauffement induit par l’exothermie de la réaction (> 450 J/g) ne permet pas d’expliquer à lui seul la nucléation, et les contraintes mécaniques liées au retrait chimique semblent également jouer un rôle déterminant. Cette compréhension approfondie du mécanisme de nucléation constitue désormais un levier pour l’optimisation des conditions de mise en œuvre de matériaux composites à matrice Elium® afin d’améliorer leur santé matière.

Mots clés

Porosité, Evaporation, Composites thermoplastiques, Cinétique de polymérisation, Exothermie, Retrait chimique.