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Mécanique appliquée

Les polymères semi-cristallins : des argiles qui s’ignorent ?

Dans le secteur de l’énergie, les polymères semi-cristallinsa sont principalement utilisés au sein de structures évoluant en milieu agressif, afin de constituer des revêtements (barrière d’étanchéité, isolant thermique ou électrique).

Ces matériaux possèdent une flexibilité intrinsèque mise à profit dans certaines applications offshore, notamment les conduites de production pétrolière, mais ils sont aussi présents dans les câbles électriques pour l’éolien offshore.

Au travers de ces différentes applications, les polymères peuvent être soumis à une variété de sollicitations sévères : pression (>1 000 bar), houle, tension électrique, températures (de -20 °C à 150 °C), diffusion de fluides ou de gaz. Dans ce dernier cas, la pénétration d’espèces chimiques au sein des polymères peut affecter leur comportement mécanique par des mécanismes multiphysiques générateurs d’endommagement : de la création de microcavités jusqu’à l’apparition de fissures pouvant mener à la rupture.
  

Vers un modèle poro-chimio-mécanique

Afin de décrire l’intégrité des polymères semi-cristallins en environnement sévère, un modèle inspiré des matériaux naturels poreux et peu perméables, comme les argiles, a été développé à IFPEN. Celui-ci permet de considérer les couplages multiphysiques d’un point de vue à la fois théorique et numérique.

L’analogie avec les argiles se fonde sur l’arrangement microstructural (figure) et sur le comportement mécanique viscoplastique. Mais au-delà de cette comparaison, c’est un modèle phénoménologique capable d’introduire des couplages entre déformation et diffusion d’espèces qui a été mis en place.

Ainsi, le parallèle avec des milieux poreux naturels, associé à un cadre théorique rigoureux, a récemment permis de traiter des phénomènes complexes comme :

  • la cavitation sous pression-diffusion,
      
  • la fragilisation par hydrolyse,
      
  • et la compétition entre mécanismes de rupture (fragile ou avec plasticité)(1).

Une perspective d’enrichissement de ce modèle est de décrire l’endommagement par diffusion des arcs électriques, au sein des revêtements pour les câbles électriques immergés.

 

aComportant une phase cristalline et une phase amorphe.

 

Contacts scientifiques :   nadege.brusselle@ifpen.fr  -  laurent.cangemi@ifpen.fr

Article paru dans Science@ifpen n° 34 - Octobre 2018

Publication

  1.  S. Maiza, X. Lefebvre, N. Brusselle, M-H. Klopffer, L. Cangémi, S. Castagnet, J.C. Grandidier. Soumis à Journal of Applied Polymer Science
       

  


 

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