Optimisation et modélisation du procédé de rotomoulage

Introduction générale
Introduction générale
Le rotomoulage est un procédé de transformation des matières plastiques propre et peu
consommateur d’énergie. Il permet la réalisation de pièces creuses de dimensions pouvant
être importantes (plusieurs m3) et avec des formes pouvant être complexes. Ce procédé est
connu depuis une cinquantaine d’années, mais son utilisation est généralement restreinte à
des pièces peu ou pas techniques : silos, balises, jouets. Les rotomouleurs sont
majoritairement de petites sociétés, utilisant un savoir-faire empirique, et qui sont peu
génératrices d’innovations.
Les inconvénients majeurs du rotomoulage sont aujourd’hui le temps de cycle et la non
maîtrise du procédé. Or de nouveaux marchés ayant des exigences de productivité, de
rendement et de qualité se profilent. Les applications visées concernent notamment le
domaine des applications automobiles. Afin de saisir l’opportunité offerte par ces nouveaux
marchés, il est nécessaire d’améliorer l’adéquation entre le procédé de rotomoulage et le
matériau. C’est dans cette optique que ce projet de thèse a été lancé, en octobre 2003, par le
PEP et le laboratoire de recherche pluridisciplinaire en plasturgie du Site de Plasturgie de
l’INSA de Lyon à Oyonnax, en collaboration avec MECAPLAST Group et la région Rhône-
Alpes.
Aussi, une étude bibliographique a été menée pour identifier les principaux verrous
technologiques et scientifiques du procédé de rotomoulage. Elle nous a permis de jeter les
bases d’une démarche qui s’appuie sur l’outil de simulation dans le cadre d’une meilleure
compréhension du procédé de rotomoulage. Les principaux points que nous avons cernés
concernent :
- les critères de choix du matériau rotomoulable. On note la rareté d’études sur la relation
entre les propriétés de compacité et d’écoulement de la poudre et son adéquation au procédé
(forme des particules, viscosité…)
- la modélisation du procédé pour laquelle les trois points essentiels sont : la caractérisation
des écoulements, les transferts de chaleur et le phénomène de fusion-coalescencedensification
(sintering).
Sur le premier point, la littérature montre qu’il est difficile de caractériser le comportement
de la poudre en écoulement et on illustre les différents et très complexes régimes
d’écoulement rencontrés dans la configuration simplifiée du tambour tournant, isotherme
(oscillation en masse, écoulement en pluie, par exemple) [1-3]. Cette démarche paraît très
simplificatrice lorsqu’on sait que le comportement de la poudre doit être décrit dans des
conditions d’écoulement tridimensionnel et non isotherme. Ceci rend par conséquent la
compréhension et la modélisation de tels comportements très complexes.
Sur le second point, relatif aux transferts thermiques, on remarque une faiblesse de l’analyse
des transferts thermiques ressortant de la littérature [4] [5] [6] [7] [8]. Les équations sont
sujettes à caution et l’expérimentation n’est pas suivie d’une instrumentation très fine aidant
à la compréhension et à la modélisation du procédé.
Sur le troisième point, les chercheurs travaillant sur le rotomoulage s’intéressent de plus en
plus à la fusion-coalescence-densification car c’est l’un des points-clés du procédé. En effet,
ce phénomène a un impact direct sur les propriétés des pièces finales et peut se modéliser à
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