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Stage M2 Recherche 2016 : Détermination des propriétés mécaniques des polymères semi-cristallins par dynamique moléculaire

par Secretaire - 1er décembre 2015

Groupe mondial de chimie de spécialités et acteur engagé dans le développement durable, Solvay détient des positions fortes sur des technologies clés dans les pôles Matériaux de Performance, Chimie d’Applications et Organiques, et Services. Solvay développe une large gamme d’innovations pour les marchés de l’automobile, de l’électronique, de l’agrochimie, des produits de consommation, des pneumatiques et des peintures & revêtements. Ce stage se déroulera sur le site du centre de recherche Solvay de Lyon dans le Département des Polymères et Matériaux Avancés (APMD) qui a pour but de développer de nouvelles solutions durables de polymères en s’appuyant sur une approche combinant à la fois expériences et simulation numériques. Les principales thématiques du laboratoire regroupent la science des matériaux, la dynamique microscopique des polymères, la mise en œuvre des polymères et la modélisation multi-échelles.

Dans ce stage, nous nous intéresserons plus particulièrement aux propriétés mécaniques des polymères semi-cristallins. La réponse mécanique des polymères semi-cristallins dépend de manière complexe de la morphologie à grande échelle (sphérulittes), de l’organisation à petite échelle (lamelles cristallines, longue période et empilements lamellaires), ainsi de l’organisation locale des phases cristalline et amorphe. Par conséquent, la modélisation de la réponse mécanique des polymères semi-cristallins pourra se faire à différentes échelles, avec de nombreux paramètres impliqués. Une question fondamentale lors de la modélisation de la réponse mécanique des polymères semi-cristallins est la détermination quantitative des modules des phases cristalline et amorphe. En effet, une étude récente (Thèse de Coraline Millot) a montré que les mécanismes de déformation locale, à l’échelle empilements lamellaires, peuvent être différents, selon le contraste des modules. Il a été montré expérimentalement que le module des couches amorphes confinés à l’intérieur des empilements lamellaires peut être augmenté de plusieurs ordres de grandeur par rapport au module de la phase amorphe dite en « bulk » (appelé effet de Poisson).

Dans ce projet, nous proposons donc d’utiliser la modélisation moléculaire tout atome pour calculer le module d’élasticité des phases cristallines des polyamides 6, 66 et homologue (6T). Au cours du stage, l’étudiant devra : Construire des phases cristallines à partir des données cristallographiques rapportées dans la littérature. Pour PA66, la phase dite alpha cristallin a été identifiée et la cristallographie est bien caractérisé. Pour PA6, deux phases stables ont été identifiées, à savoir alpha et gamma, qui diffèrent dans l’arrangement des liaisons hydrogènes. Optimiser le champ de force. Modéliser la réponse élastique du cristal par la méthode de dynamique moléculaire hors équilibre (NEMD) dans le régime des petites déformations. Le tenseur de réponse élastique sera déterminé en appliquant toutes les composantes possibles de contrainte (traction, compression le long de trois axes, et cisaillement dans trois plans distincts).

Compétences : modélisation dynamique moléculaire, connaissances souhaitées en thermodynamique, physico-chimie, programmation

Contacts : Anthony Bocahut (Tél : 04 28 27 10 27, mail : anthony.bocahut@solvay.com)

Paul Sotta (Tel : 04 28 27 10 29, mail : paul.sotta-exterieur@solvay.com)

LABORATOIRE : LPMA UMR CNRS/Solvay in Axel’One, 87, avenue des Frères Perret CS 70061, F-69192 Saint-Fons Cedex. Directeur : Florence CLEMENT