Contribution à la modélisation de la permittivité diélectrique de matériaux composites absorbants aux ondes hyperfréquences : lois de mélange, lois de changement d'échelle et équations du milieu effectif généralisé

par Pascal Gilormini

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Jean-Louis Greffe.

Soutenue en 1995

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL , en partenariat avec Laboratoire des sciences du génie chimique (Nancy) (laboratoire) .

Le président du jury était A. Priou.

mots clés

• Materiau composite
• Polymère
• Conducteur électrique
• Effet concentration
• Loi échelle
• Modélisation
• Loi mélange
• Composite material
• Polymer
• Electrical Conductor
• Concentration effect
• Scaling law
• Modeling
• Composites -- Propriétés électromagnétiques
• Permittivité
• Percolation (physique statistique)
• Noir de carbone

Résumé

Cette étude est consacrée à la modélisation, par les lois de mélange, de la permittivité diélectrique de matériaux composites absorbants aux ondes hyperfréquences. Ces matériaux sont constitués d'inclusions conductrices (noir de carbone ou polymères conducteurs) dispersées dans une matrice polymère isolante. Leurs propriétés électromagnétiques dépendent fortement de la fraction volumique et de la répartition géométrique des charges au sein des matériaux, et notamment du phénomène de percolation. Les modèles basés sur la représentation géométrique asymétrique, présentés au premier chapitre, ne peuvent pas rendre compte d'un seuil de percolation différent de 0 ou de 1. Les modèles de milieu effectif, décrits au deuxième chapitre, constituent un important progrès dans la modélisation des données expérimentales, grâce à la représentation géométrique symétrique. Ils sont cependant mal adaptés au voisinage du seuil de percolation, car la percolation présente une forte analogie avec une transition de phase du second ordre. Le troisième chapitre développe cette analogie, et montre que les propriétés des composites au voisinage du seuil de percolation doivent être décrites par les lois de changement d'échelle. Les techniques pour abaisser le seuil de percolation sont présentées dans le quatrième chapitre. Enfin, le cinquième chapitre est consacré aux modèles récents de milieu effectif généralisé (GEM). Ces modèles combinent les lois de milieu effectif et les lois de changement d'échelle, et fournissent la meilleure modélisation des données expérimentales envisagées dans ce mémoire

Titre traduit

Contribution to the modeling of the dielectric permittivity of composite materials having absorption properties at ultra high frequency waves : mixing laws, scaling laws and general effective medium equations

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