Mise en œuvre des vieillissements artificiels et naturel

Le vieillissement naturel des polymères est un processus très complexe et influencé par plusieurs éléments : la température, l’humidité, l’énergie de solaire, les pluies et les polluants atmosphériques… Parmi ces paramètres, l’humidité et l’énergie de solaire (principalement le rayonnement ultraviolet) sont les deux éléments importants au cours du vieillissement naturel. Deux types de vieillissement artificiel basés sur le vieillissement hygrothermique (HT) et le vieillissement ultraviolet (UV) ont donc été choisis afin d’identifier les mécanismes et cinétiques de vieillissement propres à ces deux types de sollicitation avant de les comparer aux effets du vieillissement naturel. Les conditions de ces deux types

modifier la nature et la cinétique des mécanismes qui les composent. Dans cette dernière partie de chapitre, nous détaillerons les conditions des deux types vieillissement artificiel accéléré ainsi que celles du vieillissement naturel.

2.3.1. Mise en œuvre du vieillissement hygrothermique (HT)

Dans le but d’étudier uniquement les interactions de l’eau avec la résine seule et avec le matériau composite, nous avons choisi de travailler dans les conditions de vieillissement humide de la norme NF EN 2823 [20], soit une température de 70°C et une humidité relative de 85%HR. L’appareil utilisé dans notre étude pour la mise en œuvre du vieillissement hygrothermique est une enceinte climatique de CTS C-20/200. Les plaques de composite et de résine seule de la taille 200x200x2mm³ sont exposées dans la chambre de ce dispositif. L’épaisseur des plaques est faible en comparée à la longueur et la larguer pour pouvoir négliger les effets de bords. Les prélèvements pour la résine et le composite ont été effectués à 1, 2, 4 et 6 semaines. Pour les films de résine réalisés hors stœchiométrie, les prélèvements étaient de 2, 4 et 6 semaines.

2.3.2. Mise en œuvre du vieillissement ultraviolet (UV)

Afin d’estimer l’influence de l’irradiation UV sur la résine ainsi que le matériau composite, nous avons réalisé un vieillissement UV sur les plaques et les films de ces matériaux dans une enceinte de vieillissement accéléré QUV de modèle QUV/spray (Figure 2.10). Ce dispositif permet de simuler les dégâts occasionnés par le vieillissement UV grâce à 8 lampes UV. Plusieurs types de lampe existent et peuvent être utilisés sur cette enceinte. Des lampes UV de type UVA-340 ont été choisies. Elles émettent à 340 nm, et reproduisent correctement le rayonnement solaire entre 365 nm et 295 nm, permettant une bonne corrélation avec le vieillissement naturel. Par contre, ce type de lampe a un effet de dégradation moins rapide qu’avec les UVB [21].

Les plaques de composite et de résine seule sont coupées selon la dimension des porte-échantillons (75x300mm², 75x150mm² et 150x150mm²) et fixées sur les supports d’éprouvette. Les surfaces « exposées » (côté air) des plaques sont exposées aux UV. L’irradiation est fixée à 0,77W/m²/nm. La température au cours du vieillissement est maintenue 45°C. Les prélèvements ont été effectués à 3, 7, 15, 30 et 60 jours. Pour les films de résine, les conditions de mise en œuvre de vieillissement UV sont similaires et les prélèvements effectués à 7, 15, 21 et 30 jours.

2.3.3. Mise en œuvre du vieillissement naturel

Le vieillissement naturel a été étudié dans les conditions de Danang au Vietnam (Figure 2.11). Le Vietnam est une bande de terre dont la configuration rappelle la lettre S de 8°27’ à 23°23’N. Situé au centre de l'Asie du sud-est, il est bordé au nord par la Chine, à l'ouest par le Laos et le Cambodge, et s'ouvre à l'est et au sud sur la mer Orientale et l'Océan Pacifique. Il se trouve dans une région de climat tropical et subtropical, avec des moussons, beaucoup d'ensoleillement, un abondant volume pluviométrique et une grande humidité.

Figure 2.11. Carte géographique du Vietnam et situation de Danang

La ville de Danang est située au centre du Vietnam (approximative à 16°10’N) où 2 saisons nettes sont rencontrées, une saison sèche de février à août et une saison des pluies de septembre à janvier. La température moyenne annuelle est de 25,9°C ; les plus élevées en juin, juillet et août, sont en moyenne de 28°C à 30°C ; les plus basses en décembre, janvier et

heures, les mois les plus ensoleillés (mai) présentant des valeurs moyennes de 234 à 277 heures par mois; les moins ensoleillés (novembre, décembre), de 69 à 165 heures par mois [22]. L’énergie solaire moyenne annuelle à Danang est de 6424MJ/m² par rapport à 6011MJ/m² à Toulon [23]. Les données hygrométriques ainsi que d’énergie solaire à Danang-Vietnam sont récapitulées dans le Tableau 2.5.

Tableau 2.5. Les données d’hydrométrique et d’énergie solaire à Danang-Vietnam Mois Jan Fév. Mar Avr Mai Juin Juil. Août Sept Oct. Nov. Déc. Moyen HR (%) 85,6 85 84,6 83,1 80,2 76,5 75,2 77,5 83 85,4 85,5 85,8 82,3 Tmax (°C) 24,7 26,1 28,1 30,8 33,1 34,5 34,2 33,9 31,6 28,8 27,1 25,1 29,8 Tmin (°C) 18,8 19,7 21,3 23,1 24,6 25,3 25,2 24,9 24 22,9 21,6 19,7 22,6 E_solaire

(MJ/m²/j) ^{13,03 15,5217,96 21,35 22,72 22,21 21,89 21,02 17,75 14,04 12,64 10,58 17,6}

De plus, pour un site donné, le flux énergétique va dépendre de l’orientation de la surface exposée. Pour les essais de vieillissement naturel, les normes préconisent une inclinaison de la surface exposée de 45° face au sud sous nos latitudes [24, 25]. Les plaques de matériau de composite et résine sont donc fixées sur un support métallique incliné 45°C et sont exposées plein sud sur le toit du bâtiment (Figure 2.12).

Figure 2.12. Schéma d’exposition des plaques matériaux soumises au vieillissement naturel Les surfaces « exposées » (côté air) des plaques matériaux sont exposées au cours du vieillissement naturel. Les plaques ont été prélevées à 2, 4, 8, 12 et 19 mois pour le composite et à 2, 3, 4 et 8 mois pour la résine. La Figure 2.13 présente le programme d’exposition et de prélèvement au cours du vieillissement naturel pour le composite (a) et la résine (b) :

Juillet 2010 Mai 2010 Avril 2010 Décembre 2010 Décembre 2010 Mai 2010

(a) Pour les plaques de composite Juillet 2011 Septembre 2011

Juillet 2011 Octobre 2011 Juillet 2011 Novembre 2011 Avril 2011 Décembre 2011

(b) Pour les plaques de résine seule

Figure 2.13. Plan du temps de vieillissement naturel