Authors: Ali AL-JABERI
Source: SPIRE - Sciences Po Institutional REpository (article, 2025-12-12)
Field: Materials Science — Polymers and Plastics

Modélisation des équilibres de phases pour les procédés de recyclage des polymères Les déchets plastiques, non biodégradables et en forte croissance, représentent un défi environnemental majeur. Le recyclage par dissolution s'impose comme l'une des alternatives les plus prometteuses au recyclage mécanique, en particulier pour les plastiques complexes et colorés à base de polyéthylène (PE), de polypropylène (PP) et de polystyrène (PS). Cette étude vise à modéliser les équilibres liquide-liquide (LLE) et vapeur-liquide (VLE) de ces polymères dans les solvants organiques afin de prédire les conditions de dissolution. L'équation d'état PC-SAFT a été utilisée pour modéliser les propriétés thermodynamiques nécessaires aux calculs d'équilibres de phases, en s'appuyant sur des paramètres issus de la littérature. Deux méthodes prédictives ont été évaluées et comparées à de nombreuses données expérimentales, menant à des recommandations pratiques. Une étude de sensibilité a montré que certains systèmes requièrent un paramètre binaire kij dépendant de la masse molaire du polymère, tandis que d'autres peuvent être décrits avec un kij constant. Des ajustements spécifiques ont été réalisés pour les systèmes, polyéthylène-propane, polyéthylène-butane et polyéthylène-pentane, accompagnés de recommandations pour de futurs travaux. La polydispersité des polymères en LLE a été modélisée par une distribution discrète de pseudo-composés linéaires dérivée d'une distribution continue. En l'absence de données expérimentales complètes, la distribution unimodale des masses molaires (MWD) a été estimée avec le modèle de Hosemann-Schramek (HS). Ce dernier s'est révélé plus performant que les modèles log-normal et Schulz-Flory, comme le démontre une étude comparative réalisée dans cette thèse sur 30 jeux de données de MWD compilés à partir de la littérature. Le modèle HS requiert trois paramètres : la masse molaire moyenne en nombre Mn, la masse molaire moyenne en poids Mw et la masse molaire moyenne par centrifugation Mz. Ce dernier, souvent indisponible, a été corrélé grâce à des modèles empiriques développés dans cette thèse à partir de 231 jeux de données, utilisant des régressions classiques et l'apprentissage automatique. Cette approche facilite l'utilisation du modèle HS dans la prédiction des MWDs et fournit des prédictions fiables de Mz pour d'autres contextes d'application. Une analyse numérique a été réalisée pour évaluer l'impact de la polydispersité des polymères sur le comportement LLE, en s'appuyant sur certaines hypothèses de modélisation. Les résultats indiquent que les représentations par 4, 5 ou 7 pseudo-composés prédisent des courbes de cloud point similaires, tandis qu'une représentation en 3 pseudo-composés engendre des écarts notables après le maximum de la courbe de cloud point, particulièrement pour des polydispersités élevées (PD=7-12). À faible polydispersité (PD=2), toutes les représentations (3, 4, 5 ou 7 pseudo-composés) conduisent à des résultats comparables. Selon la littérature, l'influence expérimentale de la polydispersité sur la courbe de cloud point n'est pas toujours systématique lorsque la masse molaire moyenne en poids est maintenue constante. En revanche, les simulations des systèmes polyéthylène-éthylène et polypropylène-pentane montrent qu'une augmentation de la polydispersité entraîne une diminution de la pression de la courbe de cloud point au-delà de son maximum. Agrégation ; Accelerated solvent extraction ; Statistical analysis Polymer crystallization and properties ; Membrane Separation and Gas Transport ; Polymer Foaming and Composites