Simulations de la croissance de sphérolites de polymère et de spectres de diffusion centrale des rayons X

Les propriétés mécaniques des polymères semi-cristallins sont étroitement reliées à la microstructure du matériau. Cette dernière est dans la plupart des cas, constituée par des sphérolites à l'intérieur desquels sont disposées, suivant une symétrie radiale, des lamelles cristallines séparées par des régions de phase amorphe. Une meilleure description de cette structure est nécessaire pour mieux prédire les propriétés mécaniques. Diverses techniques de caractérisation physico-chimique peuvent être employées, telles la microscopie électronique à balayage ou la diffusion des rayons X aux petits angles. La microscopie fournira une image du sphérolite et la technique de diffusion précisera l'arrangement moyen des lamelles cristallines à partir d'un pic d'interférence observable sur le spectre. Afin de relier les informations obtenues par ces deux méthodes d'investigation, une approche de modélisation a été suivie, consistant en la réalisation d'un programme de simulation de croissance de sphérolite et d'un logiciel de calcul de spectres de diffusion des rayons X aux petits angles à partir d'un modèle structural donné. Les structures de sphérolites simulées sont en bon accord avec les images de microscopie; plusieurs paramètres définissant la croissance des sphérolites ont été ajustés. La croissance simultanée de plusieurs entités sphérolitiques a pu être également calculée. Le programme de calcul de la courbe de diffusion des rayons X a été adapté de logiciels existants à l'Institut Français du Pétrole (IFP), permettant le calcul de spectres de diffraction des rayons X aux grands angles. Le spectre de diffusion de la structure sphérolitique simulée ne fait pas apparaître de pic d'interférence. Certaines branches constituant le sphérolite sont en fait formées par un ensemble de lamelles cristallines qui explique la présence du pic d'interférence. L'intensité de ce dernier dépend fortement du désordre d'empilement des lamelles; différentes situations sont envisagées