Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Bruno VERGNES : Ingénieur ENSTA (École Nationale Supérieure des Techniques Avancées) - Docteur ès Sciences - Maître de Recherche à l’École des Mines de Paris - Responsable‐adjoint du Groupe de recherches « Écoulements viscoélastiques » au CEMEF (Centre de Mise en Forme des Matériaux )
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Jean‐François AGASSANT : Ingénieur Civil des Mines, Docteur ès Sciences - Professeur à l’École des Mines de Paris - Responsable du Groupe de recherches « Écoulements viscoélastiques » et Codirecteur du CEMEF‐URA CNRS n 1374
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Lire l’articleINTRODUCTION
La fabrication en continu de semi‐produits ou de produits finis de section constante (plaques, feuilles, films, tubes, profilés...) par extrusion à travers une filière est de loin le procédé de transformation des plastiques le plus répandu. En 1991 par exemple, le tonnage de matières transformées par extrusion en France s’est élevé à 1,30 million de tonnes, soit 47 % de la consommation totale de produits thermoplastiques [1].
Par ordre d’importance décroissante, toujours en tonnage de matière transformée, les différents produits concernés par ce procédé sont :
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les films soufflés : 610 000 t, principalement des polyéthylènes (PE‐BD : 73 % ; PE‐BDL : 18 % ; PE‐HD : 9 %) ;
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les feuilles et plaques : 262 000 t (PVC, polypropylène, polystyrène) ;
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les tubes : 246 000 t, presque exclusivement du PVC, avec un peu de polyéthylène (principalement haute densité) ;
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les profilés : 142 000 t, principalement du PVC ;
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enfin, les isolations de câbles électriques ou téléphoniques : 120 000 t (PVC et polyéthylène basse densité).
Une ligne d’extrusion est généralement constituée des éléments suivants :
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une extrudeuse, monovis ou bivis, qui permet de fondre ou de plastifier le polymère, de le mettre en pression et de fournir un débit de matière régulier, à une température aussi homogène que possible ;
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la filière, de géométrie plus ou moins complexe, qui donne au produit la forme requise.
À la sortie de la filière, le produit peut subir éventuellement d’autres traitements mécaniques (conformation, étirage, soufflage...), tout en étant refroidi puis conditionné.
Le rôle principal que doit jouer une filière d’extrusion est de fournir à la sortie de l’outillage un produit de dimension donnée, parfaitement uniforme du point de vue des débits et des températures. Cela est particulièrement important pour les phases qui suivent l’extrusion proprement dite (étirage, conformation, refroidissement...) pour lesquelles toute hétérogénéité en sortie de filière ne pourrait qu’être aggravée et conduire à un produit incorrect. L’écoulement dans une filière est donc un problème de distribution et la conception géométrique de ces outillages doit permettre de réaliser cette distribution au mieux, pour des conditions de débit le plus élevé possible. Cette conception a longtemps été et est encore souvent fondée sur l’empirisme et l’expérience des bureaux d’études et des utilisateurs. Toutefois une approche plus scientifique du problème, allant de pair avec le développement des moyens informatiques, permet aujourd’hui de conforter l’expérience des praticiens et d’aborder la conception des filières d’extrusion de manière rationnelle et performante.
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Description des géométries étudiées7. Conclusions et perspectives
La compréhension et la modélisation des écoulements dans les filières d’extrusion a permis, depuis bientôt 20 ans, d’effectuer beaucoup de progrès dans la conception des outillages et dans l’optimisation de leurs conditions de fonctionnement. Cette approche n’est cependant en aucun cas exclusive et ne permettra sûrement jamais de remplacer totalement l’expérience de l’homme de métier. En effet, aussi sophistiqué soit‐il, un modèle de calcul repose toujours sur des hypothèses restrictives et ne peut prétendre, à lui seul, répondre à tous les problèmes rencontrés dans la pratique quotidienne. Il faut donc considérer ces méthodes comme des aides à la conception, qui pourront amener des résultats d’autant plus parlants qu’on leur associera une solide expérience et surtout un excellent sens physique.
Les méthodes de calcul que nous venons de présenter sont longtemps restées l’apanage des centres de recherche ou des grands groupes industriels, en raison des moyens de calcul importants que nécessitait leur mise en application. La révolution qui, depuis dix ans, bouleverse le paysage informatique a deux conséquences importantes :
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les progrès considérables effectués sur la capacité de calcul des machines permettent actuellement une approche beaucoup plus ambitieuse des problèmes : le calcul des écoulements 3D est maintenant possible, les lois de comportement et les couplages peuvent être de plus en plus évolués, ce qui entraîne nécessairement une nette amélioration de la prédictivité des modèles ;
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l’évolution radicale des rapports qualité / prix du matériel informatique permet aujourd’hui à de petites entreprises d’accéder à des moyens de calcul réservés jusque‐là à certains laboratoires privilégiés, ce qui devrait entraîner une diffusion importante des modèles que nous venons d’évoquer dans le tissu industriel et favoriser l’accès d’une approche plus scientifique des problèmes aux entreprises de la transformation des plastiques.
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