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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université des Sciences et de la Technologie d’Oran Mohamed Boudiaf Faculté de Physique Département de Génie Physique THÈSE En vue de l’obtention du Diplôme de Doctorat en Sciences Spécialité: Génie Physique Option : Sciences Des Matériaux Soutenue publiquement le 21/11/2016 devant le jury composé de : Grade, Nom &Prénom Statut Domiciliation Professeur KAMECHE Mustapha Président USTO-MB Professeur HIADSI Said Rapporteur USTO-MB Professeur BELKAID Med Noureddine Examinateur USTO-MB Professeur ABIDRI Boualem Examinateur UDL-Sidi Bel Abbes Professeur SEKKAL Nadir Professeur BELAIDI Abdelkader Examinateur Examinateur ENP-Oran ENP-Oran Année Universitaire 2015 / 2016 Présentée et Soutenue par : BERRAHOU Noria Intitulé Calcul Des Propriétés Physiques Par Modélisation Moléculaire Des Copolymères Remerciements A l'issue de la rédaction de cette thèse, je suis convaincue que la thèse est loin d'être un travail solitaire. En effet, je n'aurais jamais pu réaliser ce travail doctoral sans le soutien d'un grand nombre de personnes dont la générosité, la bonne humeur et l'intérêt manifestés à l'égard de ma recherche m'ont permis de progresser dans cette phase délicate. Je tiens à remercier en tout premier lieu le directeur de ma thèse le professeur S. Hiadsi pour m’avoir assuré l’encadrement de cette thèse au cours de mes années d’études en doctorat. Je le remercie pour son accueil, ses conseils, sa confiance, sa patience et pour sa disponibilité tout au long de ce travail. J’adresse ma reconnaissance à Mr .M.O.Bensaid, qui m’a accompagné et guidé durant la préparation de cette thèse, je le remercie infiniment pour sa présence, ses conseils judicieux et ses discussions fructueuses. Je souhaiterais exprimer ma gratitude et ma reconnaissance à Mr. A.Mokkadem pour l’aide qui m’a donné, pour ses conseils et ses encouragements. J’exprime ma profonde gratitude à Mr .Kameche Mustapha professeur à l’université des Sciences et de la Technologie d’Oran qui a honoré notre travail en acceptant la présidence du jury. Mes remerciements s’adressent également à Messieurs les membres du jury : Mr.Belkaid Med Noureddine professeur à l’université des Sciences et de la Technologie d’Oran, Mr.Abidri Boualem professeur à l’université Djilali Liabes de Sidi Bel Abbes, Mr. Belaidi Abdelkader et Mr. Sekkal Nadir professeurs à l’école national polytechnique d’Oran pour avoir accepté d’éxaminer mon travail et pour leurs remarques enrichissantes. Mes remerciements vont également aux collègues chercheurs de notre équipe au laboratoire de microscopie électronique et science des matériaux : Bekhedda Kheira, Bouzid Latifa, Djali Fatima, BouguetaiaTahar, Ahmed Akkriche, Ghrici Fouad Yacine.... J’adresse ma gratitude à mes parents qui m'ont tout donné durant toutes mes années d'études. Grand merci à toute ma famille et à tous qui m’ont soutenu durant tout mon parcours éducatif. Dédicaces Je dédie ce travail aux êtres les plus chers A mes parents que seulement avec leurs sacrifices incessants ; m’ont donné un espoir énorme de vivre les moments les plus précieux SOMMAIRE LISTE DES FIGURES……………………………………………………………................................i LISTE DES TABLEAUX……………………………………………………......................................vi INTRODUCTION GENERALE…………………………………………………............................... 1 CHAPITRE I « Généralités sur les Polymères et les copolymères » I-1 Introduction .......................................................................................................................... 4 I-2 Définition de polymère et concepts de base ........................................................................ 4 I-3 Architectures moléculaires et propriétés des polymères : ................................................... 5 I-3.1 Structures de base des macromolécules :........................................................................ 5 I-3.2 Polymères amorphes et polymères cristallisés ............................................................... 6 I-3.3 Classifications des polymères : ....................................................................................... 6 I-3.3.1 Classifications selon leurs origines : ........................................................................ 6 I-3.3.1 Classifications selon leurs propriétés : ..................................................................... 7 I-3.4 Définition d’un copolymère :.......................................................................................... 8 I-3.5 Classification des copolymères....................................................................................... 9 I-3.5.1 Copolymères à structure homogène : ...................................................................... 9 I-3.5.2 Copolymères à structure hétérogène : .......................... Erreur ! Signet non défini. I-4 Configuration et Conformation : ............................................... Erreur ! Signet non défini. I-4.1 Configuration : .................................................................. Erreur ! Signet non défini. I-4 .2 Conformation ................................................................... Erreur ! Signet non défini. I-5 Dimension et masse molaire : .................................................... Erreur ! Signet non défini. I-5.1 Degré de polymérisation : .................................................... Erreur ! Signet non défini. I-5.2 Masse molaire ...................................................................... Erreur ! Signet non défini. I-5. 2.1 Masse moyenne en nombre  n M ................................. Erreur ! Signet non défini. I-5. 2.2 Masse moyenne en poids   w M .................................... Erreur ! Signet non défini. I-5. 2.3 Masse moyenne de viscosité  v M ................................ Erreur ! Signet non défini. I-6 Réaction de polymérisation : ..................................................... Erreur ! Signet non défini. I-6 .1 Polycondensations : ............................................................ Erreur ! Signet non défini. I-6 .2 polymérisation en chaine ................................................... Erreur ! Signet non défini. I-6.2.1 Polymérisation anionique ............................................. Erreur ! Signet non défini. I-6.2.2 Polymérisation cationique ............................................ Erreur ! Signet non défini. SOMMAIRE I-6 .2 .3 Polymérisation radicalaire ............................................... Erreur ! Signet non défini. I-6.2.3.1 Chaine d’initiation .................................................... Erreur ! Signet non défini. I-6 2.3.2 Chaine de propagation .............................................. Erreur ! Signet non défini. I-6.2.3 .3 Chaine de terminaison ...................................................................................... 15 I-6 2.3.3 A. Combinaison (Couplage) .......................................................................... 15 I-62.3 .3 B. Disproportion (Dismutation) .................................................................... 16 I-7 Réaction de copolymérisation............................................................................................. 16 I-8 Composition des copolymères statistiques ......................................................................... 16 I-8.1 Model terminal et réactivité des radicaux .................................................................... 16 I-8.2 Equation de composition des copolymères statistiques .............................................. 16 I-9 Comportement thermique des polymères .......................................................................... 18 I-9.1 Température de transition vitreuse ............................................................................... 18 I-9.2 les principaux facteurs affectant la Tg .......................................................................... 19 I-10 Propriétés mécaniques des polymères ............................................................................ 20 I-10.1 Comportement mécanique ......................................................................................... 20 I-10.2 Les modules élastiques ............................................................................................... 21 I-10.2.1 Module de Young ............................................................................................... 21 I-10.2.2 Module de rigidité ( bulk modulus) ..................................................................... 21 I-10.2.3 Module de cisaillement : ...................................................................................... 21 I-10.2.4 Les constantes de Lamé .............................................. Erreur ! Signet non défini. I-10.2.5 Coefficient de Poisson ................................................ Erreur ! Signet non défini. I-10.3 Viscosité et Viscoélasticité linéaire : ................................ Erreur ! Signet non défini. I-11 Polymères et copolymères utilisés ........................................... Erreur ! Signet non défini. I-11.1 Les Polyméthacrylates : .................................................... Erreur ! Signet non défini. I-11.2 Polyméthacrylamide .................................................................................................. 25 I-11.3 Poly (méthacrylate de methyle co méthacrylamide) ................................................. 26 I-12 Conclusion ........................................................................................................................ 27 Bibliographie du chapitre I SOMMAIRE CHAPITRE II « Modélisation moléculaire » II.1 Introduction .............................................................................. Erreur ! Signet non défini. II.2 Méthodes de la mécanique quantiques : ............................................................................ 28 II.3 La mécanique moléculaire ........................................................ Erreur ! Signet non défini. II.3.1 Champ de force .......................................................................................................... 29 II-3.1.1 Energie d’élongation (liaison) ................................. Erreur ! Signet non défini. II-3.1.2 Energie de flexion.............................................................................................Erreur ! Signet non défini. II-3.1.3 Energie de torsion (déformation des angles dièdres) : ....... Erreur ! Signet non défini. II-3.1.4 Energie d’angles dièdres impropres : ...................... Erreur ! Signet non défini. II-3.1.5 Energie d’interaction de Van Der Waals :............... Erreur ! Signet non défini. II-3.1.6 Energie électrostatique ........................................... Erreur ! Signet non défini. II-3.1.7 Energie des termes croisés ..................................... Erreur ! Signet non défini. II-3.1.8 Énergie de liaison hydrogène ................................. Erreur ! Signet non défini. II-3.2 Différents champs de force en mécanique moléculaire.... Erreur ! Signet non défini. II-3.3 Paramétrisation de champ de force ........................................................................... 39 II-.3.4 Minimisation de l’énergie potentielle : .................................................................... 42 II-3.4.1 Méthode de la pente abrupte « Steepest descent » : ...... Erreur ! Signet non défini. II-.3.4.2 La méthode du gradient conjugué : .............................. Erreur ! Signet non défini. II-3.4.3 La méthode Newton-Raphson : ..................................... Erreur ! Signet non défini. II-4 La dynamique moléculaire ....................................................... Erreur ! Signet non défini. II-4 .1 Principe de dynamique moléculaire : .............................. Erreur ! Signet non défini. II-4 .2 Résolution numérique de l’équation du mouvement (choix des algorithmes) ....... 47 II-4 .2.1 Algorithme de Verlet classique........................................................................47 II-4 .2.2 Algorithme de Verlet-Vitesse ........................................................................... 48 II-4 .2.3 Algorithme de Verlet Leap-frog (saute mouton) .............................................. 48 II-4 .3 Durée du pas d’intégration ....................................................................................... 49 II-4 .4 Conditions aux limites périodiques ................................. Erreur ! Signet non défini. II-4.5 Les différents ensembles appliqués à la dynamique moléculaire : ..... Erreur ! Signet non défini. II-4.5.1 Ensemble canonique NVT : ..................................... Erreur ! Signet non défini. II-4.5 .2 Ensemble isobare-isotherme NPT : ......................... Erreur ! Signet non défini. II-4.6 Contrôle de la température et de la pression : .................. Erreur ! Signet non défini. SOMMAIRE II-4.6.1 Contrôle de la température : ..................................... Erreur ! Signet non défini. II-4.6 .2 Contrôle de la pression ............................................ Erreur ! Signet non défini. II-5 Les applications et les limitations de la dynamique moléculaire ......... Erreur ! Signet non défini. II-6 Description du Logiciel de calcul :......................................... Erreur ! Signet non défini. II-7 Conclusion ......................................................................................................................... 57 Bibliographie du chapitre II CHAPITRE III « Résultats et discussions » III-1 Introduction : .................................................................................................................... 58 III-2 Construction des polymères et copolymères :.................................................................. 58 III-3 Résultats de minimisation et relaxation ........................................................................... 59 III-3.1 Poly (méthacrylate de méthyle) PMMA : ................................................................ 59 III-3 .1.1 Minimisation de l’énergie potentielle du PMMA .............................................. 59 III-3.1.2 Relaxation du PMMA sous un ensemble NVT à 300K : ...... Erreur ! Signet non défini. III-3 .1 .3 Processus de chauffage du PMMA sous un ensemble NPT à 600K ..... Erreur ! Signet non défini. III-3.2 Poly (méthacrylamide) PMAAM ........................................ Erreur ! Signet non défini. III-3.2.1 Minimisation de l’énergie potentielle du PMAAM .... Erreur ! Signet non défini. III-3.2.2 Relaxation du PMAAM sous un ensemble NVT à 300K ...... Erreur ! Signet non défini. III-3.2.3 Processus de chauffage du PMAAM sous ensemble NPT à 600K ..................... 66 III-3.3 Copolymère( PMMA co PMAAM) uploads/Science et Technologie/ calcul-des-proprietes-physiques-par-modelisation-moleculaire-des-copolymeres 1 .pdf