Conception d'un nouvel outil de caractérisation thermorhéologique des polymères

Design of a new tool for the thermorheological characterization of polymers

• Auteur / Autrice : Qiao Lin
• Direction : Nadine Allanic, Rémi Deterre, Manuel Girault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance le 14/12/2022
• Etablissement(s) : Nantes Université
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génie des Procédés Environnement – Agroalimentaire (GEPEA) (Saint-Nazaire)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cathy Castelain, Jean-Charles Majeste, Benjamin Rémy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sandrine Hoppe, Rudy Valette

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matières plastiques, Travail des

Mots clés libres

Thermorhéologie

Plasturgie

Mesure en-ligne/sur-ligne

Méthode inverse

Thermorheology

Plastics processing

In-line/on-line measurement

Inverse method

Résumé

Dans le domaine de la plasturgie face à l’augmentation des matériaux recyclés et biosourcés aux caractéristiques fluctuantes et mal connues, la surveillance des grandeurs physiques sur une ligne de production est nécessaire. L’objectif de cette thèse consiste à concevoir un nouvel outil d’aide à l’identification de la viscosité sur une ligne de production de polymère. La conception de l’outil inclue le développement du dispositif de mesure et le développement des méthodologies associées. L’aspect novateur réside dans l’utilisation des mesures de températures tandis que les mesures de pressions sont déjà couramment utilisées dans les démarches classiques de mesure de viscosité. La base scientifique de l’utilisation des mesures de températures pour l’identification de la viscosité est la corrélation entre la dissipation visqueuse et la viscosité. Afin de réaliser des mesures de températures robustes et sensibles au sein d'un écoulement de polymère, une géométrie annulaire, dont l'axe central peut être instrumenté, est proposée pour le dispositif de mesure. Ensuite, nous avons mené des études numériques pour analyser les phénomènes de dissipation visqueuse et de convection afin de trouver des stratégies d’identification de la viscosité à partir des mesures de températures. Enfin, des expérimentations sont réalisées et montrent que le dispositif est capable de détecter de faibles variations de températures liées au changement de paramètres de production ou de l’état de matière. Grâce aux méthodes de caractérisation proposées dans la thèse, la viscosité peut être identifiée sur une ligne de production, sans utiliser aucune mesure de pression.

In the field of plastics processing, faced with the increase of recycled and biosourced materials with fluctuating and poorly known characteristics, the monitoring of physical quantities on a production line is necessary. The objective of this thesis is to design a new tool to help identify the viscosity on a polymer production line. The design of the tool includes the development of the measuring device and the development of the associated methodologies. The innovative aspect lies in the use of temperature measurements while pressure measurements are already commonly used in classical viscosity measurement approaches. The scientific basis of the use of temperature measurements for viscosity identification is the correlation between viscous dissipation and viscosity. In order to perform robust and sensitive temperature measurements within a polymer flow, an annular geometry, whose central axis can be instrumented, is proposed for the measuring device. Then, we conducted numerical studies to analyze the phenomena of viscous dissipation and convection in order to find strategies to identify the viscosity via the temperature measurements. Finally, experiments are carried out and show that the device is capable of detecting small variations in temperature related to changes in production parameters or the state of the material. Thanks to the characterization methods proposed in the thesis, the viscosity can be identified on a production line, without using any pressure measurement.