2) Techniques expérimentales pour les profils de propriétés mécaniques

Différentes méthodes sensibles à la dégradation ou à la réticulation peuvent être mises en œuvre pour l’étude des profils de propriétés mécaniques. Des méthodes purement mécaniques peuvent être également mises à profit. K.T Gillen [CLE.91] utilise ainsi un appareil d’indentation pour déterminer le profil du module de Young. Cet appareil sonde la matière à l’échelle microscopique à partir d’une pointe en forme de paraboloïde. Pour une charge constante, la pointe s’enfonce plus ou moins dans le polymère ce qui permet d’en déduire sa dureté. La dureté est reliée au module de Young selon une certaine loi ce qui permet donc de tracer le profil de module de Young. La figure

Chapitre 4 : l’effet physique de débit de dose

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Figure IV-12 : profil de module de Young obtenu sur une feuille de Viton de 1.68 mm d’épaisseur, irradié dans l’air à T=70°C à un débit de dose de 5,5 kGy/h et pour différentes doses [CLE.91].

Les résultats sont bien conformes aux prévisions de la partie III de ce chapitre. En particulier on remarque que l’épaisseur oxydée est pratiquement indépendante de la dose, ce qui indique que la vitesse d’oxydation est indépendante de la dose, conformément au modèle cinétique standard du chapitre 3.

Récemment une autre technique, a été mise au point pour l’étude du vieillissement hétérogène d’élastomères : il s’agit du Pintpoint DMA (analyse mécanique dynamique locale). Le principe réside dans l’analyse locale des propriétés viscoélastiques du polymère. Pour cela le matériau est sollicité (figure IV-13) par une pointe d’aiguille selon une contrainte statique et dynamique sinusoïdale de plus faible intensité.

Chapitre 4 : l’effet physique de débit de dose

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F=FS+Fdsin (ωt)

échantillon

Figure IV-13 : schéma de principe du Pintpoint DMA

Une grandeur sensible aux variations des propriétés mécaniques locales est l’amortissement tan δ : c’est le rapport entre le module de perte et le module de conservation. Plus le matériau est réticulé plus l’amortissement tan δ diminue et inversement dans le cas d’une dégradation.

Une étude complète, par cette technique, a été réalisée pour le vieillissement du VAMAC [DOL.95] mais plus récemment elle a été étendue à l’EPR et l’hypalon avec cependant des résultats beaucoup plus restreints [DOL.96]. Ce sont les seules mesures, à notre connaissance, de profils de propriétés mécaniques après irradiation pour les élastomères étudiés dans cette thèse. Pour des conditions d’irradiations données, l’auteur a en particulier établi le profil de l’amortissement pour des échantillons formulés et non formulés pour l’EPR et seulement non formulés pour l’hypalon. L’analyse Pintpoint DMA a été réalisée à 23°C et les valeurs de tan δ sont enregistrées point par point sur la tranche de l’échantillon au bout d’une minute de sollicitation (force statique=200 nm, force dynamique 160 mN). Les échantillons ont été irradiés par une source radioactive de ⁶⁰Co à un débit de dose de 940 Gy/h, une température de 70°C et une pression d’O2 de 0.2 bar (renouvelé). Deux doses ont été cumulées : 335 kGy et 600 kGy. La figure IV-14 présente les résultats pour les 3 échantillons étudiés.

Chapitre 4 : l’effet physique de débit de dose ________________________________________________________________________________________________ 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 an 0.2 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0 0.5 1 1. ta n épaisseur (mm) δ 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 600 kGy 335 kGy neuf épaisseur (mm) 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 600 kGy 335 kGy neuf ta nδ hypalon non formulé EPR non formulé

0.1

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

0.27

5 2

EPR formulé _neuf 335 kGy

600 kGy

t δ

épaisseur (mm)

Figure IV-14 : profil d’amortissement tan δ pour 3 échantillons plans épais d’EPR formulés, non formulés et d’hypalon non formulé. Ils ont préalablement été irradiés par une source radioactive de

60Co à un débit de dose de 940 Gy/h, une température de 70°C sous P=0.2 atm d’oxygène

renouvelé. Les doses cumulées sont de 335 et 600 kGy et les résultats sont comparés avec les échantillons neufs [DOL.99].

Cette étude met en évidence des comportements nettement différents pour les matériaux formulés et non formulés en EPR. En effet, on observe une diminution importante et uniforme de l’amortissement tan δ sur toute l’épaisseur de l’EPR formulé tandis que pour l’EPR non formulé il

Chapitre 4 : l’effet physique de débit de dose

________________________________________________________________________________________________ existe un profil d’amortissement : ce dernier est supérieur à l’échantillon neuf sur une épaisseur d’environ 1 mm tandis qu’il devient inférieur au-delà de cette épaisseur. Ces résultats s’interprètent facilement. En effet les systèmes de protection des matériaux industriels tendent principalement à limiter les réactions d’oxydation. Dans ces conditions, les mécanismes de réticulation anaérobie deviennent dominants sur toute l’épaisseur du polymère tant que les systèmes de protection sont efficaces. Pour l’EPR non formulé il existe une zone de peau dégradée et une zone réticulée. Le point d’isoscission pour lequel dégradation et réticulation se compensent et donc où la structure locale conserve les propriétés du polymère neuf, est situé à environ 0.75 mm de la surface. Ces caractéristiques pour l’EPR non formulé se retrouvent pour l’hypalon non formulé. Le point d’isoscission est cependant plus proche de la surface, à 0.5 mm. L’hypalon s’oxyde en effet plus rapidement que l’EPR non formulé et l’oxygène y a un coefficient de diffusion plus faible, l’effet de peau est donc plus marqué. Signalons que les profils ne sont pas symétriques, comme le prévoit la théorie, ce qui est grandement surprenant et laisse soupçonner un problème durant l’irradiation ou encore une asymétrie dans le matériau des plaques du point de vue de la diffusion de l’oxygène. Mentionnons enfin qu’une technique proche du Pintpoint DMA, mais permettant de sonder à une échelle encore plus fine, a été mise au point par C. Basire [BAS.98] à partir de la microscopie à force atomique. En étudiant les potentialités de mesure mécanique du microscope à force atomique destiné initialement à l’imagerie, cet auteur montre qu’on peut parvenir à mesurer quantitativement les variations du module de Young à une échelle microscopique.