Modélisation mésoscopique des polymères

Abstract

Les polymeres representent une classe de materiaux de grand interet pour les industries chimiques et des materiaux. Ils comptent en effet parmi les fabrications des industries chimiques ayant le plus large volume de production et les materiaux engendrant les plus grands profits. Peu de nouveaux polymeres industriels voient toutefois le jour; les nouveaux polymeres restent principalement l'apanage de recherches academiques. Le cout associe a leur mise sur le marche est en effet un facteur limitant. Ce qui est plutot recherche dans l'industrie est l'obtention de proprietes specifiques en effectuant des melanges de polymeres, ou la synthese de copolymeres. Il suffit de penser a l'ABS, terpolymere intervenant dans la fabrication des premiers pneus. Ce copolymere associe la rigidite, la durete et la resistance a la chaleur, grâce a une juste combinaison des trois monomeres. Il n'en demeure pas moins qu'une forte composante experimentale est mise a contribution pour trouver le meilleur compromis, c'est-a-dire la composition des differents polymeres ou chainons du copolymere, offrant la propriete optimale (tout en preservant les autres proprietes). Afin de pallier les problemes de temps et de cout associes a la recherche du meilleur candidat, la simulation moleculaire est parfaitement appropriee. Le choix de la methode de simulation la plus appropriee a la demande d'un industriel depend principalement du niveau de detail qu'il est necessaire de connaitre. Dans le cas de l'etude de melanges, a cause d'une entropie de melange beaucoup plus faible lorsqu'un des constituants est un polymere, comparativement aux melanges de molecules de faible masse molaire, des demixtions interviennent. Le materiau va donc presenter des domaines riches en l'un ou l'autre des composes. En modulant la tension d'interface entre les deux composants, on modifie la morphologie du materiau, ce qui va permettre d'obtenir les proprietes desirees. La connaissance de la morphologie du systeme polymerique est donc primordiale pour ajuster au mieux les proprietes d'importance pour des applications pratiques. Le niveau de detail associe a la morphologie correspond a l'echelle dite mesoscopique. L'approche traitee dans ce dossier va du microscopique vers le macroscopique: en anglais, les termes « Bottom-Up » sont employes. Il ne sera pas question de l'inverse (en anglais « Top-Down »).