Analyse d’images

•Préparation des échantillons

Afin de permettre une observation de la morphologie des différents mélanges par mi-croscopie optique, il est nécessaire d’obtenir des coupes fines de ces matériaux.

Dans le cadre de ce travail, des échantillons d’une épaisseur de 20 µm ont été coupés à l’aide d’un microtome RM2165 de marque LEICA, ceci sans avoir recours à un groupe de froid. Les coupes sont effectuées à l’aide d’un couteau en carbure de tungstène de 16 cm de long qui peut coulisser sur le portant de l’appareil quand la lame est ébréchée. Elles sont recueillies sur une goutte d’huile de cèdre déposée sur une lame porte-objet et protégées par une lamelle couvre-objet. Une partie des analyses d’image a été ef-fectuée selon la même procédure au Centre de Recherche de Feluy. La seule différence réside dans l’utilisation de lames jetables en acier.

Lors d’extrusions sans dévolatilisation, un dégazage de la mousse de PE obtenue en sortie d’extrudeuse est nécessaire avant que toute coupe au microtome soit envisa-geable. Une presse hydraulique Carver est utilisée pour obtenir les échantillons. Les deux plateaux de cette presse sont chauffés à une température à laquelle le matériau

n’est pas dégradé et peut être mis en forme (230◦C). On introduit alors entre ces deux

plateaux deux plaques en acier entre lesquelles sont pris en sandwich deux feuilles de tissu de verre téflonné sur lesquelles les produits n’adhèrent pas et, au centre, un

2.4. Méthodes de caractérisation

moule en acier de 11.25 mm d’épaisseur, percée de seize orifices de diamètre 7.5 mm remplis de mousse du produit à analyser. L’ensemble est chauffé pendant 15 min puis refroidi par de l’eau. Les échantillons sont ensuite récupérés et analysés.

•Microscopie optique

Le microscope optique à contraste de phase utilisé lors de ce travail est un Nikon Eclipse E600. Les photos ont été prises avec un appareil photo numérique Nikon Cool-pix 995 monté sur un adaptateur MDC2.

•Analyse quantitative d’image

Les images obtenues par microscopie optique à contraste de phase fournissent une des-cription qualitative de la microstructure des mélanges préparés. Le recours à l’analyse d’image (AI) permet une quantification des morphologies au moyen de paramètres géométriques et autorise la recherche de corrélations entre les morphologies obtenues et les paramètres de mise en oeuvre utilisés. Ainsi, dans ce travail, l’utilisation de l’AI

permet d’estimer l’influence du CO2 supercritique sur l’homogénéisation des

diffé-rents mélanges de PE.

Le logiciel de traitement d’image utilisé a été développé par le Département des Sciences

Dentaires de l’Université du Texas à San Antonio : Image Tool Version 3.0[4]. Il est

dis-ponible gratuitement sur internet.

La première opération élémentaire consiste à binariser l’image numérique. Chaque pixel est associé à la valeur de l’intensité lumineuse mesurée en ce point, valeur va-riant entre 0 (noir) et 255 (blanc). Tout d’abord, le contraste de l’image peut être amé-lioré en manipulant les niveaux de gris. Dans cette étude, ce contraste a été améamé-lioré afin de mieux différencier la phase de faible masse molaire (fMM) et les amas de haute masse molaire (hMM). La binarisation permet d’extraire de l’image les objets sur les-quels porteront l’analyse. Ceux-ci se voient attribuer la valeur de 1 tandis que le fond de l’image reçoit la valeur de 0. L’obtention de cette image binaire s’effectue par une opération de seuillage, c’est-à-dire par le choix d’une valeur seuil qui classe chaque pixel en objet (1), ou en fond de l’image (0). Cela s’effectue en repérant directement sur l’histogramme le minimum de la distribution qui a l’allure d’une gaussienne.

Il est parfois nécessaire de travailler encore cette image seuillée, en supprimant certains points isolés, en séparant des objets qui se touchent ou, à l’inverse, de reconnecter des objets fragmentés lors du seuillage. Toutes ces opérations sont possibles à l’aide d’un logiciel de retouche d’images tel que Paint Shop Pro.

Une fois toutes ces opérations effectuées, les objets sur l’image sont comptés et l’ana-lyse effectuée. Divers paramètres morphologiques sont mesurés, comme par exemple la surface de l’objet, son périmètre, le diamètre de Feret, . . .

Comme cela sera détaillé dans les chapitres suivants, plusieurs représentations des morphologies obtenues ont été choisies :

– Surface d’amas de hMM restant dans l’échantillon, – Nombre de particules par unité de surface,

– Distribution en nombre des diamètres des particules.

Pour le PE5, en plus de ces données, une efficacité de mélange, Emel, a été définie par :

Emel = ^S0−Sm S0

(2.1)

avec, S0 : pourcentage en surface d’amas de hMM présents dans le produit original,

Sm : pourcentage en surface d’amas de hMM présents dans le produit après

mé-lange.

Il est important de noter que les particules sont tridimensionnelles et qu’elles peuvent être sectionnées à différents niveau. Cet aspect a été négligé, aucune correction n’ayant été effectuée sur les valeurs des diamètres moyens en nombre déterminées.

2.5 Expériences préliminaires

2.5.1 Dissolution du CO

dans le PE

Pour une efficacité maximale, le fluide supercritique doit être complètement dissout dans le polymère. Un test a été effectué pour s’assurer de la présence d’une seule phase

dans le système PE/scCO2. Durant des expériences incluant une injection de dioxyde

de carbone supercritique, le jonc de mousse de polymère sortant de l’extrudeuse est rapidement refroidi dans de la glace. Des échantillons coupés en divers endroits du

jonc ont été observés au microscope optique. Si la dissolution du CO2dans le polymère

est complète, l’observation de la photographie correspondant au jonc récupéré juste à

la sortie de la filière ne doit pas révéler de présence de CO2. À mesure que le polymère

se refroidit, on doit pouvoir observer un nombre croissant de vides laissés par les bulles

de CO2. Ces espaces devraient aussi être de plus en plus grands. La figure 2.13 montre

4 photographies correspondant à des échantillons prélevés à des temps différents à la sortie de la filière.

La figure 2.13(a), prise directement à la sortie de l’extrudeuse, montre que le CO2

2.5. Expériences préliminaires

(a) Après sortie de la filière à l’instant t (b) t + 5 s

(c) t + 10 s (d) t + 15 s

Figure 2.13.Évolution des bulles de CO2 dans le PE au cours du temps

taches foncées représentent les amas de hautes masses molaires encore présents dans le polyéthylène et qui n’ont pu être homogénéisées. L’espace occupé par les bulles de

CO2 sont les taches noires observables sur les trois autres photographies. Le nombre

de bulles augmente avec le temps, ce qui indique une expansion plus importante du dioxyde de carbone. Contrairement au résultat attendu, les espaces paraissent plus grands dans la figure 2.13(b). Ils sont probablement dûs à un effet de coalescence occa-sionné par un refroidissement trop lent. D’après ces photographies, on peut en déduire

que le scCO2 est bien dissout dans le polymère durant l’extrusion.