Hervé MANZANAREZ
a soutenu sa thèse le 29 Novembre 2017 :
Modélisation et simulation numérique de la dynamique de séparation de phase d’une solution polymères dans le cadre de la formation d’une membrane poreuse
Préparée au sein de l’école doctorale GAIA (ED 584) et de l’unité de recherche – Institut Européen des Membranes (UMR 5635) – .
Spécialité : Génie des procédés
devant le jury composé de :
• Denis Bouyer, Professeur IEM Montpellier – Directeur de thèse
• Eric Favre, Professeur LRGP Nancy – Rapporteur
• Carlos Marques, Directeur de Recherches ICS Strasbourg – Rapporteur
• Arnaud Cockx, Professeur INSA Toulouse – Examinateur
• Patrick Guenoun, Ingénieur CEA Saclay – Examinateur
• Jean-Pierre Mericq, Maître de Conférences IEM Montpellier – Examinateur
Résumé :
Ce travail de thèse vise à modéliser et simuler la séparation de phase d’un système polymère solvant afin de comprendre, prédire et maitriser la dynamique de formation de membranes poreuses. L’équation phénoménologique de Cahn et Hilliard, couplée à un champ de vitesse (Modèle H dans la classification de Hohenberg et Halperin) sera utilisée pour décrire la séparation de phase induite par un changement de température (procédé TIPS), le système PMMA/cyclohexanol étant pris comme système de référence.
Dans un premier temps, nous nous sommes attachés à étudier de façon systématique l’influence du terme de mobilité sur la dynamique de séparation de phase, sans couplage avec l’hydrodynamique en 2D. Une analyse des lois de croissance des structures formées a été réalisée via une analyse des images par transformée de Fourier et une analyse spécifique des patterns a été effectuée via l’analyse originale des descripteurs de Minkowski. Dans une seconde partie de la thèse, nous avons étudié le couplage entre la séparation de phase et l’hydrodynamique, en 2D et 3D. Enfin, nous avons intégré dans une dernière partie le couplage entre la séparation de phase et les phénomènes de transferts de matière aux interfaces induits notamment par l’évaporation du solvant au cours de la formation d’une membrane.
Abstract :
The thesis aimed at modeling and simulating the phase separation dynamics of a polymeric system (polymer/solvent or polymer/solvent/non-solvent) for better understanding and controlling the formation mechanisms of porous polymeric membranes. The equation of Cahn and Hilliard was used and coupled to a hydrodynamic model (H model in the classification of Hohenberg et Halperin) to simulate the phase inversion in closed system.
In a first stage, hydrodynamics was not coupled to Cahn-Hilliard equation and the work focused on the mobility term in the Cahn-Hilliard equation and its influence on the phase separation dynamics (pattern evolution, growth law of the characteristic structures). The patterns were analyzed by Fourier transform and an original analysis was also performed using the Minkowski descriptors.
In a second part of the thesis, we coupled the Cahn-Hilliard equations with Navier-Stokes equations and the influence of this coupling on the membrane formation dynamics was investigated.
