Cette thèse s’intéresse aux transferts de chaleur et de matière qui interviennent à la surface de pièces en contact avec des écoulements gazeux. Cette situation, fréquente en contexte industriel, est particulièrement critique pour les polymères, car leur réponse mécanique et leur endommagement sont très sensibles à la température et à la diffusion de certaines espèces.

Dans le cadre de ce projet, on s’intéressera aux thermoplastiques semi-cristallins.

La complexité du projet vient de la multiplicité des gradients présents dans la couche de polymère au voisinage de l’interface :

• gradients de microstructure résultant de la mise en forme et/ou apparaissant en conditions de service
• gradient d’endommagement induit par différents états d’avancement de phénomènes de dégradation liés à la présence du gaz ou induits extérieurement
• gradients mécaniques macroscopiques dans le cas de géométries et/ou de chargements mécaniques complexes.

Chacun de ces effets est susceptible de modifier, séparément et de façon couplée, à la fois les propriétés diffusionnelles et la réponse mécanique.

L’objectif général de cette thèse est de caractériser l’influence relative des gradients de microstructure, d’endommagement et mécanique sur la réponse diffuso-mécanique d’un polymère semi-cristallin, de préciser leur hiérarchie et leur degré de couplage.

Les effets de ces gradients seront d’abord appréhendés de façon la plus découplée possible, en travaillant

1. d’abord sur des échantillons de caractéristiques microstructurales variables d’un échantillon à l’autre mais les plus homogènes possibles au sein d’un échantillon donné,
2. puis sur des échantillons plus ou moins dégradés ou endommagés, chimiquement ou mécaniquement.

La partie sur les caractéristiques microstructurales est une priorité pour commencer due à leur importance sur la réponse diffuso-mécanique. Une étude sur la microstructure couplée à la mécanique sera aussi mise en œuvre.

Dans un second temps, des échantillons à gradients seront étudiés, pour mieux comprendre comment les propriétés diffuso-mécaniques s’homogénéisent.

L’étude comporte un volet expérimental important, basé sur diverses expériences développées au laboratoire pour caractériser les aspects mécaniques et diffusifs (hydrogène, dioxyde de carbone), en conditions couplées ou non. Ce volet expérimental est indissociable de simulations numériques, nécessaires pour remonter par analyse inverse aux gradients mécaniques et de concentration en gaz dans l’échantillon.