Modelling strain-induced crystallization at the molecular scale

Modélisation de la cristallisation sous tension à l’échelle moléculaire La cristallisation sous tension (CST) des polymères joue un rôle important dans une variété d’applications industrielles, telles que les pneumatiques, les fibres et les récipients. La structure semi-cristalline induite est supposée être à l’origine de la grande résistance à la traction, à la formation et à la propagation de fissures dans le caoutchouc naturel. Le phénomène de la CST a été étudié expérimentalement et reste à l’heure actuelle un sujet de recherche actif. Cependant, certains de ses aspects, tels que la nucléation des cristal- lites et la façon dont ces domaines cristallins évoluent sous déformation à l’échelle des cristallites, ne sont pas encore totalement compris. L’objectif de cette thèse est d’étudier la CST des polymères à l’échelle moléculaire au moyen de simulations numériques.Nous avons utilisé des simulations gros grains (GG) pour deux systèmes différents. Le premier est un modèle GG pour l’alcool polyvinylique qui est bien établi dans la littérature et a été développé à l’aide de la méthode itérative de Boltzmann. Le second modèle GG concerne le cis-polyisoprène et a été obtenu ici (chapitre 4) à partir de simulations atomiques en combinaison avec une méthode d’optimisation bayésienne connue sous le nom de Statistical Trajectory Matching.Nous avons étudié deux types de cristallisation, celle induite par la température avec un refroidissement et continu d’un système fondu à une vitesse constante et celle induite par la CST au moyen d’une déformation uni-axiale. Les deux modèles GG sont capables de reproduire certaines mesures, comme la température de transition vitreuse et la densité, et illustrent qualitativement le comportement contrainte-déformation en accord avec ce qui est observé expérimentalement.Ce travail inspire et encourage le développement d’un modèle GG plus réaliste pour le cis-polyisoprène en utilisant la même méthode de simulation multi-échelle. Ces potentiels GG peuvent être utilisés pour examiner des échelles de temps et de longueur beaucoup plus longues qui sont inaccessibles par les simulations atomiques et fournir de nouvelles perspectives sur les différents phénomènes qui jouent un rôle dans le processus de cristallisation des polymères.