Résumé
L'objectif de la présente thèse est de permettre une meilleure compréhension de la modulation des propriétés de transfert de matière d’un composite suite à l'incorporation de particules perméables dans une matrice polymérique.Pour cela, notre stratégie est de développer une approche de modélisation numérique multi-échelle basée sur la méthode des éléments finis (FEM) pour la prédiction du transfert de matière dans des micro-composites bi-phasiques où la matrice et les inclusions contribuent au transfert de matière global.La modélisation FEM a été appliquée sur des structures à géométries 3D simplifiées mais représentatives des structures micro-composites qui sont le résultat d'une analyse approfondie des observations microscopiques expérimentales des matériaux (analyse d’images tomographiques 3D et microscopiques 2D).Cette approche a pour objectif de mieux comprendre l'impact de la morphologie des particules (e.g. forme, taille, orientation, ...), de leur dispersion (e.g. distribution hétérogène, agglomération, fraction volumique, ...) et de la présence d'une troisième phase, située à l’interface matrice/particule, avec ses propres propriétés structurelles et de transfert de matière (e.g. interphase) sur les phénomènes de transport (système tri-phasiques).Les géométries 3D utilisées dans cette approche ont ensuite été simplifiées de manière à s’affranchir de l’hétérogénéité de la taille des particules puis de la forme des particules, pour arriver ensuite à des structures 2D. L’objectif principal de cette dernière partie est de pouvoir déterminer à quel point le modèle FEM 3D proposé peut-être simplifié tout en gardant le maximum de représentativité et produisant les mêmes prédictions que le modèle 3D de référence.Cette approche de simplification est motivée par (i) la difficulté d'obtenir des informations 3D, représentatives du matériau composite (acquisition d'images plus coûteuse en tomographie 3D qu'en microscopie 2D) et par (ii) la volonté de réduire le temps de calcul de la simulation pour une utilisation dans des applications d'aide à la décision, par exemple.