Photovieillissement accéléré en SEPAP - Définition

Photovieillissement

La lumière du jour (dont les longueurs d’ondes sur terre sont supérieures à 295nm) figure avec la température et l'oxygène atmosphérique parmi les principaux facteurs agissant sur le vieillissement naturel des matières plastiques. Notons toutefois que si l’influence de la température peut être analysée séparément (vieillissement dans l’obscurité), il n’en est pas de même pour le photovieillissement qui est toujours associé à un effet de température, il est d’ailleurs souvent qualifié à juste titre de « photothermique ».

La simulation du vieillissement photothermique se fait généralement en exposant des échantillons dans des centres agréés pour leur situation géographique [1](climat ensoleillé, chaud, sec/humide, pollué…) et leur capacité à connaître avec précision les conditions d’exposition (durée et intensité de l’ensoleillement, température, taux d’humidité, etc), quelquefois des systèmes de miroirs permettent d’y intensifier le rayonnement. La simulation peut aussi être réalisée en laboratoire, on utilise généralement des lampes au xénon dont le spectre, après élimination des courtes longueurs d’onde, est très similaire à celui du soleil. La plupart des instruments permettent un contrôle de l’intensité lumineuse, de la température de l’ambiance environnante, du taux d’humidité et des aspersions d’eau peuvent être programmées pour simuler l’effet de la pluie (en:weather testing of polymers).

On notera ici que l’usage des lampes xénon est basé sur une similitude avec le spectre solaire mais que les principes de la photochimie (notamment l’existence de relaxations vibrationnelles des états excités) n’excluent pas l’utilisation d’autres sources lumineuses pour simuler ou accélérer un vieillissement photothermique. Les lampes à vapeur de mercure (en:Mercury-vapor lamps) ou d’oxydes métalliques (en:Metal halide lamp) convenablement filtrées présentent par exemple un spectre de raies (donc discontinu par rapport à ceux du xénon et du soleil qui sont continus) dont les effets sont tout à fait similaires.

Rôle de l'eau

C’est d’abord son rôle physique (d’agent lessiviel) qui a été mis en évidence notamment dans les polyoléfines (polyéthylène, polypropylène). Les produits de dégradation polaires et de faibles masses moléculaires peuvent être éliminés de la surface du matériau et masquer ainsi le phénomène de vieillissement. De ce point de vue des aspersions d’eau trop abondantes dans certains tests de simulation peuvent conduire à une sous-estimation du vieillissement. C’est d’abord son rôle. Mais c’est aussi la capacité de l’eau à extraire des stabilisants de bas poids moléculaire qui est à redouter, ce qui accélère alors les vieillissements sans être représentatif des circonstances naturelles. Pour examiner le rôle conjugué de l’eau avec les autres contraintes physico-chimiques (Ultraviolet (en:Ultraviolet) – chaleur – oxygène), une enceinte SEPAP 12-24 H a été mise au point ; dans cette enceinte, le carrousel porte-échantillons est immergé dans une eau liquide à température régulée et qui est re-oxygénée en circulation extérieure.

Moyenne et ultra-accélération

Peut-on accélérer davantage le photovieillissement ? Il existe de nombreux moyens pour y parvenir (augmenter la température, l’intensité lumineuse (lasers !), voire y associer des molécules photoactives (HO)), mais le risque est grand de ne plus être représentatif d’un vieillissement naturel. Du point de vue photochimique des effets multiphotoniques sont par exemple à craindre, de même le déficit d’oxygène risque d’intervenir très rapidement et perturber fortement les mécanismes de dégradation.
Ceci étant, à l'échelle du laboratoire des enceintes SEPAP (50-24) permettent de produire des photovieillissements ultra-accélérés représentatifs et qui peuvent être 3 fois plus rapides que ceux produits dans une enceinte SEPAP 12-24. Ces enceintes sont utilisées pour disqualifier les matériaux trop photooxydables dans des conditions de sévérisation des contraintes.