Couplages multi-physiques dans le

Couplages multi-physiques
dans le vieillissement
des matériaux organiques
Xavier COLIN
Laboratoire PIMM  ARTS ET METIERS ParisTech
151 Boulevard de l’Hôpital  75013 Paris
RFM  Dammarie Les Lys  13 et 14 Juin 2016

PLAN
1. Comment la diffusion d’un réactif moléculaire (O2, H2O) affecte la
cinétique de vieillissement
Conclusion
RFM  Dammarie Les Lys  13 et 14 Juin 2016
2. Comment le vieillissement affecte la cinétique de diffusion
3. Comment l’état de s affecte la vitesse de réaction chimique
Introduction
4. Comment le vieillissement chimique génère un état de s
5. Comment l’état de s affecte la diffusion
6. Rupture sous dégradation chimique et chargement mécanique couplés

INTRODUCTION
TERME « COUPLAGE »  RACINE « COUPLE »
TRAVAUX SUR LE VIEILLISSEMENT THERMIQUE DES MATERIAUX
COMPOSITES (Colin 2005; Pochiraju 2007; Olivier 2009)
OBJECTIFS
 Dresser un bref état des lieux
 Présenter les différents couplages rencontrés en pratique
et les pistes de modélisation
 Mettre en évidence le déficit de connaissances dans un certain
nombre de domaines
RFM  Dammarie Les Lys  13 et 14 Juin 2016
REACTION DIFFUSION
CONTRAINTE

1. COMMENT LA DIFFUSION D’UN REACTIF MOLECULAIRE
AFFECTE LA CINETIQUE DE VIEILLISSEMENT
RFM  Dammarie Les Lys  13 et 14 Juin 2016
VARIATION LOCALE DE LA CONCENTRATION EN REACTIF
pour échantillons de faible
épaisseur
BREF HISTORIQUE EN MODELISATION CINETIQUE
1960  Hydrolyse du PET (Golike 1960)
Réaction du second ordre  Fonction linéaire :
~ 1980  Radio-oxydation (Furneaux, Seguchi 1981; Cunliffe 1982)
Mécanisme d’oxydation en chaine radicalaire
 Fonction hyperbolique :
~ 2000  Thermo-oxydation (Colin 2001)
Mécanisme en boucle fermée 
)()( CrCgraddivD
t
C
)(
2
2Cr
zC
D
t
C
CKCr )(
C
C
Cr  1 )(
)1(21
012)( C
C
C
C
rCr 

1. COMMENT LA DIFFUSION D’UN REACTIF MOLECULAIRE
AFFECTE LA CINETIQUE DE VIEILLISSEMENT
RFM  Dammarie Les Lys  13 et 14 Juin 2016
> 2000  Nouvelle approche (Rincon-Rubio 2001-03; Colin 2002)
 Intégration directe du terme diffusionnel au système d’équations
différentielles constituant le schéma cinétique
 Résolution numérique simultanée en espace (z) et en temps (t)
à l’aide de méthodes de différences finies et d’algorithmes semi-
implicites spécialement adaptés aux systèmes « raides »
 Suppression de toutes les hypothèses simplificatrices
 Vers la résolution des schémas cinétiques de plus en plus
complexes
 Diversité des réactions d’amorçage
 Multiplicité des sites d’oxydation
 Stabilisation par les antioxydants et les charges réactives
 Généralisation aux renforts fibreux