Numerical and experimental study of the dewetting of an ultra-thin film polymer under shear

The objective of this PhD work isto study the role of shear on the rupture of ultra-thin polymer films, by coupling a numerical study to an experimental one. First, a numerical method adapted to the resolution of the thin film equation was set up taking into account the capillary and van der Waals forces. This method was validated by comparing the dynamics obtained to theoretical predictions. With the addition of shear, two regimes have then been evidenced as a function of the shear rate: in the case of low shear rates the rupture is delayed, while at higher shear rates it is suppressed. The use of spatio-temporal diagrams allowed the characterization of the interface deformation. The transition from the delayed to the suppressed rupture regime is similar to a phase transition. The experimental study at low shear rate allowed to confirm this delayed rupture, but also showedafter the rupture an increased dewetting speed. This study will allow a better understanding of the rupture phenomena occurring during nanolayer coextrusion.
L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier le rôle du cisaillement sur la rupture de films ultra-minces de polymères, en couplant une étude numérique à une étude expérimentale. Tout d’abord, une méthode numérique adaptée à la résolution de l'équation des films minces a été mise en place en prenant en compte les forces capillaires et de van der Waals, et validée en comparant la dynamique obtenue à des prédictions théoriques. Un terme de cisaillement a ensuite été rajouté, et deux régimes ont pu être mis en évidence en fonction du taux de cisaillement : dans le cas de faibles taux de cisaillement la rupture est retardée, à plus haut taux de cisaillement elle est supprimée. L’utilisation de diagrammes spatio-temporels a permis de caractériser la déformation de l’interface. Le passage du régime de rupture retardé à celui de rupture supprimée présente une évolution analogue à une transition de phase. L’étude expérimentale à faible taux de cisaillement a permis de confirmer ce retard de rupture, mais également de montrer après la rupture une vitesse de démouillage augmentée. Cette étude permettra de mieux appréhender les phénomènes de rupture de couches survenant lors de la coextrusion multinanocouches.