Contribution à l'étude des relations microstructures : propriétés thermiques et d'écoulement pour les matériaux fibreux cellulosiques
Institution:
Grenoble INPGDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
This thesis deals with the characterization of the relationship between microstructural properties and physical properties of fibrous cellulosic media. The nicrostructural properties were estimated by analysis of 3D images obtained from synchrotron X-ray microtomographies of industrial and laboratory paper ;amples. The thermal conductivity tensor and the permeability tensor of the fibrous media are estimated by solving numerically the boundary problems, Irising from the periodic homogenization, on representative elementary volume (REV) extracts from the microtomographies. Particular attention was paid to he determination of REV associated with each property (structural and physlcal) using determinlstic and statistic approaches. Ln particular, these REV are !xpressed ln terms of number of heterogeneities of the microstructure, represented by the lengths of covariance, and depending on the desired precision. Ne estimated properties are compared with experimental measurements for validation. Finally, the influence on the physical properties of different nicrostructural parameters (porosity, volume fraction of fillers, microstructure gradient. . . ) resulting from the manufacturing process of these materials is lighlighted.
Abstract FR:
Cette thèse traite de la caractérisation des relations entre les propriétés microstructurales et les propriétés physiques des milieux fibreux cellulosiques. Les propriétés microstructurales sont estimées par analyse d’images 3D obtenues à partir de microtomographies à rayons X synchrotron d’échantillons de papiers industriels et de laboratoire. Les tenseurs de conductivité thermique et de perméabilité de ces milieux fibreux sont estimés en résolvant numériquement des problèmes aux limites issus de l’homogénéisation périodique sur des Volumes Elémentaires Représentatifs (VER) extraits des microtomographies. Une attention particulière a été portée sur la détermination du VER associé à chaque propriété (structurale et physique) en utilisant des approches ″déterministe″ et ″statistique″. En particulier, ces VER sont exprimés en fonction du nombre d’hétérogénéités de la microstructure, représentées par les longueurs de covariance, et en fonction de la précision souhaitée. Les estimations de propriétés sont comparées à des mesures expérimentales pour validation. Enfin, l’influence, sur ces propriétés physiques, de différents paramètres microstructuraux (porosité, fraction volumique de charges, gradient de microstructure…) résultants du processus de fabrication de ces matériaux, est mise en évidence.