Photovieillissement accéléré en SEPAP - Définition
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Introduction
La prédiction du vieillissement des matières plastiques (nom trivial donné aux macromolécules /polymères que l’on trouve dans notre environnement quotidien) est un sujet important qui concerne tout autant les utilisateurs que les fabricants de matière (polymères, charges et additifs divers) ou les intermédiaires que sont les nombreux transformateurs qui utilisent leur propriété « thermoplastique » pour la fabrication de multiples objets par extrusion, moulage par injection, etc.
La fiabilité des matériaux fait partie des nombreuses garanties que l’on exige avec de plus en plus de fermeté de la part de tous les objets manufacturés que nous utilisons au quotidien et elle s’intègre donc parfaitement dans la démarche dite de « développement durable ». Toutefois prédire un comportement dans le temps, fût-il d’un matériau, est une démarche délicate qu’il serait d’ailleurs prudent d’éviter si les enjeux n’étaient pas aussi considérables.
Le vieillissement « naturel » lui-même n’est pas constant, il dépend de la température, de l’ensoleillement (climat, latitude, humidité.. .) et de nombreux autres facteurs (contraintes physiques, niveau de pollution…) difficiles à évaluer avec précision. Simuler ce vieillissement par l’usage de sources lumineuses artificielles et d’autres contraintes physiques (température, aspersion d’eau simulant la pluie, …) n’est pas trivial mais a fait l’objet de nombreux développements qui sont à la base de plusieurs normes ISO, ASTM, etc.
Accélérer enfin ce vieillissement pour proposer par exemple des garanties décennales ou valider des agents stabilisants est une démarche risquée qui doit s’appuyer sur des bases scientifiques solides. Notons ici que d’autres applications (telles celles des matériaux qui doivent se dégrader rapidement dans l’environnement) sont également concernées par cette démarche.
Approche mécanistique
On sait depuis longtemps que la plupart des vieillissements de ces matériaux repose sur une réaction de chimie appelée « oxydation radicalaire ». Sous l’influence des contraintes externes qui génèrent des radicaux primaires (en:Radical chemistry) attaquant les liaisons chimiques (en particulier les plus abondantes entre le carbone et l'hydrogène), des réactions se produisent avec l'oxygène atmosphérique . Il s’ensuit la formation de nombreuses entités chimiques parmi lesquelles les hydroperoxydes et les peroxydes sont les produits clés ; ils sont à la fois suffisamment stables pour être détectés et suffisamment réactifs pour se décomposer en de nombreux sous produits tels des cétones, alcools, acides, … eux aussi facilement détectables par les méthodes analytiques modernes. Autre élément important, la décomposition de l’un de ces groupes peroxydés (à l’image de l’eau oxygénée, le peroxyde d’hydrogène, HO) génère deux nouveaux radicaux ce qui conduit à une auto-accélération du vieillissement (en:Polymer degradation, en:UV degradation). Des modèles récents montrent qu’il s’agit d’un processus « infectieux » similaire à celui que l’on connaît en médecine.
Ces actes chimiques élémentaires conduisent plus ou moins rapidement à une détérioration des propriétés physiques des matériaux organiques (à base de carbone) et leur analyse précise grâce aux méthodes modernes de spectroscopie dans l’infrarouge permet à la fois de comprendre le mécanisme de dégradation et de faire de la prévision sur le comportement à long terme des polymères. Le polypropylène, matériau courant de notre environnement quotidien, est un exemple très significatif de cette approche. Sa structure chimique où sont présents de nombreux carbones tertiaires (liés à trois atomes de carbone et à un seul d’hydrogène) en fait un matériau particulièrement sensible au vieillissement à un point tel que son utilisation en l’absence d’agents « antioxydants », sous forme de film par exemple, est complètement impossible sans constat de dégradation (il devient opaque et cassant rapidement en quelques jours).
