Description du sujet de thèse

La physique des propriétés mécaniques et dynamiques des polymères proches et en dessous de la transition vitreuse est un sujet de la plus haute importance fondamentale pour lequel notre groupe est à la pointe de la recherche [1-3]. Au cours des dernières années, nous avons développé une description théorique microscopique et les outils numériques/simulation associés pour décrire ces propriétés, depuis les propriétés linéaires jusqu'à l'écrouissage des polymères vitreux à de grandes amplitudes de déformation, en nous basant sur les concepts les plus avancés de la physique statistique et de la physique de la matière condensée. L'écrouissage est un défi majeur du point de vue de l'application, car il a un impact important sur la ténacité des polymères [4]. L'objectif du doctorat est de développer davantage les approches théoriques et numériques. Ce sujet fait partie d'un projet franco-allemand PoSH financé par l'ANR (Univ. Lyon, Univ. Paris-Saclay) et la DFG (Univ. Halle) dans le but de développer conjointement des études théoriques/numériques et expérimentales pour décrire quantitativement les mécanismes de relaxation à l'échelle du monomère sous différentes déformations et histoires thermiques. Les prédictions de la théorie seront confrontées en détail aux résultats expérimentaux obtenus par rayons X et RMN pour lesquels nous disposons déjà de prédictions théoriques. L'objectif est d'établir un lien entre les spécificités microscopiques des polymères considérés (rigidité du squelette, interactions spécifiques entre monomères,..) et l'évolution des grandeurs associées, en conjonction avec leurs propriétés mécaniques macroscopiques. Nos approches sont celles de la physique statistique, de la physique de la matière condensée et de la physique des polymères et les simulations numériques associées pour résoudre le modèle théorique.

[1] Conca et al, Acceleration and Homogenization of the Dynamics during Plastic Deformation, Macromolecules (2017) http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.macromol.7b01391
[2] Long et al, Dynamics in glassy polymers: The Eyring model revisited, Phys. Rev. M (2018), https://doi-org.insis.bib.cnrs.fr/10.1103/PhysRevMaterials.2.105601
[3] Hem et al, Microscopic Dynamics in the Strain Hardening Regime of Glassy Polymers, Macromolecules (2022), DOI 10.1021/acs.macromol.2c00802; https://www.inp.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/la-reponse-des-plastiques-aux-etirements-extremes
[4] Djukic et al, https://doi.org/10.1021/acs.macromol.0c00534 Macromolecules (2020)

Le candidat doit être titulaire d'un master en physique de la matière condensée et/ou des polymères ou en physique théorique ou en science des matériaux et avoir un goût pour les simulations numériques.

Contexte de travail

Cette thèse fait partie du projet collaboratif PoSH financé par l'ANR (Agence Nationale de la Recherche, France) et la DFG (Allemagne), centré sur les mécanismes physiques de l'écrouissage dans les polymères amorphes à l'état vitreux. Le projet rassemble les laboratoires IMP (Lyon), MATEIS (Lyon), LPS (CNRS/Université Paris-Saclay) et le groupe du Prof. K. Saalwächter à l'Université Martin Luther, Halle (Allemagne). IMP (et MatéIS sont des unités mixtes de recherche CNRS/INSA Lyon dans lesquelles une approche d'ingénierie multi-échelle et multidisciplinaire est mise en œuvre pour concevoir des matériaux polymères fonctionnalisés respectueux de l'environnement et à architectures contrôlées.

Contraintes et risques

Il n'y a pas de risque particulier. Le travail pendant le doctorat sera théorique/numérique. La théorie est déjà bien établie et l'outil numérique existe, avec déjà une abondance de résultats. Le but sera de capitaliser sur ces résultats et d'étendre la théorie et l'outil numérique.

Informations complémentaires

Théorie physique des propriétés plastiques des polymères vitreux. Doctorat démarrant à partir de septembre 2023 au Laboratoire MatéIS (INSA de Lyon, France), sous la direction conjointe de Didier Long et Claudio Fusco