Étude de la structuration à différents niveaux d’échelle et du comportement thermomécanique d’un polymère issu de ressources renouvelables : l’acide poly(lactique)

par Grégory Stoclet

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Jean-Marc Lefebvre et de Roland Séguéla.

Soutenue le 09-12-2009

à Lille 1 .


  • Résumé

    Ces travaux de thèse porte sur la caractérisation des propriétés thermomécaniques et sur l’étude à différents niveaux d’échelle de la structuration d’un polymère issu de la biomasse candidat au remplacement des polymères de commodité, à savoir, l’acide poly(lactique) (PLA). Ils ont été motivés par le comportement complexe, encore mal compris à l’heure actuelle, que présente ce polymère notamment en raison de l’existence de stéréoisomères.Le premier but de ce travail a été de caractériser les propriétés thermomécaniques, en fonction du taux de co-monomère, en relation avec les arrangements moléculaires locaux pouvant exister dans la phase amorphe. Le second objectif a été d’étudier la structuration d’un copolymère industriel lorsque celui-ci est déformé uniaxialement à une température supérieure à sa température de transition vitreuse. L’analyse par diffraction-diffusion X in situ sur synchrotron a permis d’établir le lien entre la réponse mécanique du matériau et l’évolution structurale induite par la déformation. Ces essais ont également permis de montrer qu’une phase mésomorphe était induite pour certaines conditions de sollicitation, l’origine de cette phase ayant pu être corrélée avec des aspects de dynamique des chaînes macromoléculaires. Un intérêt particulier a également été porté à l’influence du taux de cristallinité initial du matériau sur ses propriétés mécaniques ainsi que sur la structuration associée en cours de déformation. Finalement, il a été montré que la déformation du PLA en dessous de Tg est gouvernée par une compétition entre plasticité par craquelures et par bandes de cisaillement, le second mécanisme devenant prédominant avec l’augmentation de la température.

  • Titre traduit

    Thermo-mechanical behaviour and structure characterization at various scale levels of a bio-based polymer : the poly(lactic acid)


  • Résumé

    This PhD work deals with the characterization of the thermomechanical behavior in relation to the structural organization at different scales of a bio-based polymer candidate for the replacement of usual polymers, the Poly(lactic acid). The present study is motivated by the complex behavior exhibited by this polymer, mainly linked to the occurrence of stereo-isomers.The first goal of this work was the characterization as a function of co-monomer content, of the thermomechanical response in relation to the existing local macromolecular arrangements in the amorphous phase The second goal was the study of the structural evolution of an industrial PLA copolymer uniaxially stretched at T>Tg. Combined in situ SAXS and WAXS experiments using a synchrotron radiation have provided clear insights into the structure-property relationships of the material. It has been shown that a mesomorphic phase was induced for some drawing conditions and its origin has been related to some features of the macromolecular chain dynamics.Particular interest has been paid to the study on the one hand, of the influence of initial crystallinity of the material on its mechanical response, and on the other hand, of the structural evolution induced during stretching. Finally it has been shown that PLA deformation at below Tg was governed by a competition between two deformation mechanisms namely crazing and shear banding, the latter becoming predominant as the temperature is increased.


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