Développement de structures dans les polymères - Concepts généraux

La mise en forme confère aux matériaux polymères une structure qui peut se décliner de l’échelle nanométrique à l’échelle macroscopique, et conditionne les propriétés finales des produits. Cette structure a été traditionnellement qualifiée de « microstructure » car, à l’origine, les observations pertinentes se situaient généralement entre un micromètre et quelques centaines de micromètres, c’est-à-dire dans la gamme d’utilisation du microscope optique. De nos jours, les systèmes polymères sont souvent complexes. Outre les polymères seuls, on est amené à transformer des mélanges de polymères, des polymères chargés ou renforcés, synthétiques ou biosourcés. Dans ce cas, la description des structures comporte la morphologie et la répartition des phases dans les mélanges, ou encore la distribution ou l’orientation des charges et des renforts. Ces aspects, qui ont fait l’objet d’une littérature abondante, ne sont pas abordés ici.

Cet article se limite au développement de structures dans les polymères semi-cristallins. Parmi les phénomènes se produisant lors de la transition de l’état liquide à l’état solide, la cristallisation joue un rôle majeur. Lors de la mise en forme, elle se produit généralement sous l’effet de conditions complexes, hétérogènes et couplées : mécaniques (écoulement, pression), thermiques (vitesses de refroidissement, gradients thermiques) et géométriques (surfaces libres, contact avec les outils). La simulation numérique est un outil efficace pour interpréter et prédire ces phénomènes couplés. Elle passe par l’introduction d’une loi de cristallisation dans un modèle thermomécanique du procédé.

Ces concepts généraux de développement de structures sont illustrés par des applications dans l’article suivant [AM3121].