Fiche détaillée

Thèses

Université Pierre et Marie Curie - Paris VI (20/06/2003), de Gennes Pierre-Gilles (Dir.)

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Quelques processus dynamiques aux interfaces polymères

Florent SAULNIER1

Ce travail de thèse, de nature théorique, présente trois axes de recherche portant sur des processus dynamiques aux interfaces polymères. 1) Démouillage de films minces de polymères : la formation de trous dans des films liquides déposés sur un substrat de basse énergie se caractérise, dans le cas des polymères, par la formation de profils d'ouverture dissymétriques et par des lois de croissance différentes du cas des liquides newtoniens. Nous avons étudié l'influence du comportement rhéofluidifiant des polymères au-dessus de leur température de transition vitreuse sur ces processus d'ouverture de trous, pour des films d'épaisseurs micro à nanométrique. Notre modèle permet notamment la prédiction de régimes de croissance du rayon de la zone sèche et de la hauteur du bourrelet se formant en périphérie du trou, en bonne adéquation avec des résultats expérimentaux récents de Debrégeas et Reiter. 2) Adhésion d'un film polymère sur substrat solide : l'énergie à fournir pour séparer une couche de polymère du substrat sur lequel elle est déposée est généralement très supérieure au simple travail des forces intermoléculaires de van der Waals. L'origine de cette amplification de la force d'adhésion des polymères réside dans l'existence de processus dissipatifs locaux en tête de fracture, accompagnée, pour certains matériaux viscoélastiques, d'une dissipation visqueuse en volume. Nous avons étendu le modèle de la "trompette viscoélastique", dû à P.-G. de Gennes, au cas des élastomères et des fondus au contact avec un substrat rigide, pour comparer nos prédictions théoriques sur l'énergie d'adhésion et les profils d'ouverture avec des expériences réalisées par T. Ondarçuhu sur du PDMS déposé sur substrat de silicium. 3) Dynamique d'interdiffusion à l'interface entre fondus de polymères : nous proposons un scénario analytique complet des processus d'interpénétration mutuelle entre deux fondus de polymères, formant un système à trois composants caractérisés par des compatibilités sélectives opposées. Dans ce cadre particulier d'interdiffusion non-Fickéenne, nous prédisons la formation d'une interface de morphologie structurée à l'échelle micrométrique en plusieurs zones distinctes, de compositions chimiques et de lois de croissance contrastées.

1 :	EA 2081 - Laboratoire de Physique de la Matière Condensée

mots-clés : Polymères – Films minces – Démouillage – Adhésion – Energie de fracture – Viscoélasticité – Interdiffusion

Dynamic processes at polymeric interfaces

This theoretical work presents three topics of research which deal with various dynamic processes at polymeric interfaces. 1) Dewetting of thin polymer films : we present a theoretical model for the dewetting of thin polymer films coated on a low-energy substrate. Assuming that the shear-thinning properties of these films can be described by a Cross-type constitutive equation, we analyze the front morphology of the dewetting film, and characterize the time evolution of the dry region radius, and of the rim height. Different regimes of growth are expected, depending on the initial film thickness, and on the power-law index involved in the constitutive equation. We then compare our predictions with recent experimental results obtained by Debrégeas and by Reiter. 2) Adhesion between a viscoelastic material and a solid surface : we present a qualitative analysis of the dissipative processes during the failure of the interface between a viscoelastic polymer and a solid surface. We reassess P.-G. de Gennes' "viscoelastic trumpet" model, and show that the experimentally observed enhancement of fracture energy is due to local dissipative processes near the crack-tip, but also originates from far-field viscous dissipation in the bulk material. We compare some of our theoretical predictions with experimental results by T. Ondarçuhu about the viscoelastic adhesion between a polydimethylsiloxane polymer melt and a glass surface~: in particular, the expected dependence of the fracture energy versus separation rate is confirmed by the experimental data, and the observed changes in the concavity of the crack profile are in good agreement with our simple model. 3) Multiple structure and dynamics of the interface between melts in a three-species polymer system : in this part, we analyze, in terms of conservation and continuity laws, the evolution of concentration profiles at the interface between two dissimilar polymer blocks, with distinct compatibilities between the three components. The specificities of interdiffusion processes between polymers arise from the entropic or enthalpic nature of their driving force, depending on the compatibility of the considered components. It is found that such a system exhibits a peculiar morphology of interface, with three distinct zones of various chemical compositions and broadening laws.

tel-00009740, version 1

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oai:tel.archives-ouvertes.fr:tel-00009740

Contributeur : Florent SAULNIER <>

Soumis le : Mardi 12 Juillet 2005, 13:49:24

Dernière modification le : Mardi 12 Juillet 2005, 13:49:24