Identification de la conductivité thermique des polymères semi-cristallins en cours de transformation
La qualité des produits industriels dépend principalement de la connaissance et de la maîtrise du comportement des matériaux durant les différentes phases de leurs fabrications. Il est ainsi indispensable de modéliser finement les transferts thermiques ayant lieu durant les procédés de fabrication. Cependant, cette modélisation exige une connaissance et une caractérisation fidèle des propriétés thermophysiques des matériaux telles que la conductivité thermique, la chaleur spécifique et le volume spécifique, durant toutes les étapes de production et toutes les transformations subies par le matériau. Ces propriétés sont bien identifiées à l’état solide mais leurs mesures à l’état liquide (pour les polymères semi-cristallins) sont moins maîtrisées et en cours de transformation elles ne sont pas maîtrisées. Il est thermiquement correct de modéliser l’évolution de la capacité thermique et de la masse volumique en cours de transformation par une loi de mélange. Cependant, les lois de mélange ne sont pas applicables à la conductivité thermique qui n’est pas une propriété extensive. Le but principal de ce travail de recherche est d’élaborer une méthode inverse dédiée à l’identification de la conductivité thermique en fonction de deux champs couplés qui sont la température et le degré de transformation, couplée avec un banc de mesures original. Un modèle numérique en différences finis est ainsi développé pour simuler le comportement thermique d’un polymère en cours de transformation. Un algorithme d’optimisation hybride couplant une méthode stochastique avec une méthode déterministe est adopté pour la résolution du problème complexe qui est non linéaire. La conductivité thermique est estimée, sans imposition d’un modèle évolutionnaire, par reconstruction du profil de température mesuré au centre d’un thermoplastique durant sa transformation. Les mesures de température sont réalisées à l’aide d’un moule instrumenté monté sur une presse pneumatique équipée d’un système de chauffage et de refroidissement. Le refroidissement de la matière est assuré par circulation d’air ou d’eau dans la partie supérieure du moule et dans les deux plateaux de la presse. Trois thermocouples sont tendus dans la cavité où le polymère est soumis à des refroidissements sous différentes vitesses. La variation de la vitesse de refroidissement permet d’élargir l’intervalle des températures de cristallisation étudiées. Les premières mesures ont été réalisées sur un polypropylène en cours de sa cristallisation anisotherme. Une campagne expérimentale visant à caractériser la cinétique de cristallisation du polymère ainsi que la dépendance en température et transformation de sa densité et de sa chaleur spécifique, est préalablement achevée. Ainsi, les conductivités thermiques sont identifiées en minimisant l’écart entre ces mesures expérimentales et le modèle thermique direct. Les premiers résultats prouvent que les valeurs de la conductivité thermique identifiées, en cours de cristallisation, reconstruisent les profils de température mesurés avec une plus grande précision que la loi de mélange classiquement utilisée [1]. Des calculs d’identification sont en cours pour estimer les valeurs de conductivité pour plusieurs vitesses de refroidissement. Le but de la caractérisation sous plusieurs vitesses de refroidissement, est d’aboutir à des conductivités thermiques correspondantes à une abondance de combinaison entre la température et la cristallinité relative. [1] R. Le Goff, G. Poutot, D. Delaunay, R. Fulchiron, et E. Koscher, « Study and modeling of heat transfer during the solidification of semi-crystalline polymers », Int. J. Heat Mass Transf., vol. 48, no 25, p. 5417‑5430, déc. 2005, doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2005.06.015.