Durabilité des Géotextiles en Polypropylène
Résumé
This thesis deals with the thermo-oxidative ageing of polypropylene geotextiles. The main objective was lifetime prediction from accelerated ageing tests using a non empirical method. Exposure tests with temperatures ranging from 50°C to 130°C under oxygen pressure ranging from 0.02 to 5.0 MPa were performed on stabilized and unstabilized PP samples. These latter contained a phosphite or a phenolic antioxidant in various concentrations. The study of the influence of an aqueous medium on accelerated ageing was also done. Bibliographic data and our experimental results allowed to propose a mechanistic scheme (branched radical chain oxidation) from which a kinetic scheme was derived. A rough analytical solution was used to orientate the numerical resolution of the scheme. The results enable to simulate the kinetic curves of evolution of PP chemical structure in the whole extent of temperature and pressure intervals under study. The kinetic parameters (rate constants and their activation energy) were determined by an inverse method. Model predictions were compared with various features of PP oxidation. This great number of validation tests guarantees the models accuracy. A study of stabilizers effect has not only completed the scheme but also leaded to kinetic parameters that were unknown, and to highlighted existence of elementary reactions (such as a reaction involving phenol and oxygen) that were ignored. Acceleration of ageing by an aqueous media was shown and explained by the fast extraction of stabilizers. Kinetic modelling of the whole ageing process seems feasible although some details remain to be elucidated. Thus, the way for non-empirical geotextiles lifetime prediction is largely open.
Cette thèse porte sur le vieillissement thermo-oxydant de fibres géotextiles en polypropylène, l'objectif principal étant la prédiction de durée de vie à partir d'essais de vieillissement accéléré par une méthode non-empirique. Des essais ont été réalisés à des températures comprises entre 50 et 130°C et des pressions d'oxygène entre 0,02 et 5,0 MPa sur du PP non stabilisé et sur divers échantillons de PP contenant diverses concentrations de phosphite ou d'anti-oxydant phénolique. L'étude de l'effet d'un milieu aqueux sur le vieillissement a également été abordée. L'ensemble des données bibliographiques disponibles et des résultats expérimentaux acquis a permis de faire une proposition de schéma mécanistique (processus d'oxydation radicalaire en chaîne ramifié) qui a conduit à un schéma cinétique dont la résolution, dégrossie par voie analytique, est en définitive obtenue par voie numérique. Ce modèle permet de simuler les courbes cinétiques d'évolution de la structure chimique du PP dans toute l'étendue des intervalles de température et de pression étudiés. Les paramètres cinétiques, déterminés par méthode inverse, prennent des valeurs physiquement raisonnables. Le nombre et la diversité des tests de validité du modèle (dosage des carbonyles et des hydroperoxydes) permettent de garantir sa pertinence. L'étude des stabilisants, outre le fait qu'elle complète le modèle, a permis de déterminer des paramètres cinétiques jusqu'ici inconnus, et de mettre en évidence l'existence de processus élémentaires (en particulier une réaction phénol-oxygène) jusqu'ici ignorés. Enfin, l'accélération du vieillissement dûe à l'extraction des stabilisants par un milieu aqueux environnant a été prouvée, et sa modélisation, bien qu'incomplète, ne semble pas inaccessible, ce qui permet d'envisager une prédiction non empirique de la durée de vie des géotextiles.
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