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CNEP, un exemple du transfert des connaissances scientifiques

Par les professeurs Jacques Lacoste et Jacques Lemaire

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CNEP, un exemple du transfert des connaissances scientifiques

Enceinte de photovieillissement accéléré.

© © Sepap

Issu du monde académique, le CNEP assiste les entreprises sur des problématiques de photovieillissement de leurs matériaux organiques.

Le CNEP (Centre National d'Eva luation de Photoprotection) a été créé il y a 27 ans afin de transférer les connaissances universitaires sur le photovieillissement des matériaux polymères (improprement appelés « ma tières plastiques ») vers un monde industriel et normatif très démuni pour faire face à de nombreuses défaillances constatées et à la nécessité de garantir un certain niveau de durabilité sur le long terme (garanties décennales par exemple). Cette société (1), qui est une filiale de l'Université Blaise Pascal de Clermont-Ferrand, est issue des activités d'un laboratoire de recherche spécialisé dans l'étude des mécanismes de photovieillissement des matériaux polymères (aujourd'hui « l'équipe Photo chimie » de l'Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (UMR CNRS 6296) appartenant à cette même université).

En proposant aux entreprises (2) une approche physico-chimique de la caractérisation des polymères et de leur évolution dans le temps (principalement via des spectrophotométries infrarouge et UV-Visible adaptées à l'étude de matériaux pouvant être totalement formulés), le CNEP a pu apporter une démarche cognitive permettant d'anticiper la permanence de leurs propriétés d'usage. Le CNEP a été à l'origine du développement de méthodes de photovieillissements (puis plus tard de thermovieillissements) accélérés permettant d'anticiper les durées de vie en usage de la plupart des matériaux polymères. Avec des enceintes mises au point dans les années 80 et depuis 12 ans commercialisées par le n°1 mondial du domaine (Sepap 12-24 d'Atlas/Ametek), il est possible par exemple d'anticiper le vieillissement pendant un an d'une polyoléfine dans le sud de la France en 300 heures d'exposition, soit une douzaine de jours. À la demande des industriels (notamment de l'industrie automobile) nous développons aujourd'hui un concept permettant de réduire encore les durées d'exposition nécessaires.

Outre les collaborations expérimentales engagées, sous contrat de recherche à durée variable, avec les entreprises confrontées à ces problèmes de fiabilité de leur matériaux, le CNEP est également engagé dans plusieurs commissions de normalisation afin, là encore, d'apporter ses connaissances et son approche des phénomènes de vieillissement. On notera par exemple la publication récente d'une norme ISO (10-640) validant le suivi de l'évolution chimique comme moyen d'évaluer la tenue au vieillissement de la plupart des matrices polymères à laquelle le CNEP a largement contribué. Au fil des ans le CNEP a également développé des compétences dans d'autres domaines touchant les matériaux organiques et leurs composites (biodégradation, dégradation par fatigue dynamique, caractérisation de propriétés initiales, caractérisation de matériaux d'œuvres d'art, migration d'additifs... ). On trouvera ci-dessous quelques exemples significatifs de nos recherches.

Durabilité des assemblages collés

 

Il s'agit d'un domaine qui concerne de nombreux secteurs industriels notamment celui de l'aéronautique dans lequel les matériaux composites occupent une place croissante pour l'allégement des structures. L'approche analytique que nous développons notamment grâce des techniques récentes de microspectrophotométrie infrarouge permet un suivi in situ de la mise en place des réseaux adhésifs ainsi que l'évaluation de la durabilité sur le long terme de la couche adhésive en interaction avec les surfaces encollées, ce dernier point étant peu pris en compte au niveau industriel.

Techniques de photovieillissement artificiel ultra-accéléré

 

Il s'agit ici de faire face à une demande industrielle désireuse de pouvoir qualifier très rapidement la durabilité de ses nouveaux matériaux (cas par exemple de l'industrie automobile) ou de pouvoir proposer des garanties sur des temps très longs (cas par exemple des gaines de câbles de ponts à haubans ou des panneaux photovoltaïques). Le CNEP étudie au sein d'un consortium regroupant des industriels français et un constructeur américain d'enceintes de photovieillissement la mise au point, à des fins industrielles, d'une nouvelle enceinte permettant de moduler les facteurs d'accélération jusqu'à obtenir une équivalence 25 jours/ 10 ans (sud de l'Europe). L'évaluation des facteurs d'accélération de cette nouvelle enceinte ainsi que de sa représentativité d'un vieillissement naturel en différents points du globe utilise l'approche physico-chimique décrite plus haut.

Biodégradabilité des matériaux polymères

 

Aujourd'hui deux approches s'opposent inutilement, d'une part l'usage de matériaux intrinsèquement « biodégradables » dont la structure chimique et souvent le mode d'obtention (biosynthèse) les rendent biodégradables mais dont les coûts de revient et les propriétés sont loin d'être optimisés, d'autres part des matériaux « classiques » à l'instar des polyoléfines qui peuvent être rendus biodégradables lors de leur dispersion ac ci den telle dans l'environnement par l'ajout d'additifs pro-oxydants non toxiques et biodégradables (des stéarates métalliques par exemple). Ces derniers polymères dits « oxobiodégradables » souffrent encore d'une image négative (aujourd'hui obsolète), celle d'être seulement fragmentables et non réellement biodégradables. Le travail du CNEP consiste ici, par la voie du contrôle expérimental à la fois de l'oxydation (par l'approche physico-chimique déjà mentionnée) et de la biodégradation (par une technique mise au point avec un laboratoire de biochimie de l'ICCF), à sécuriser la mention oxobiodégradable afin de rendre possible un contrôle rigoureux de cette biodégradabilité par les autorités. Grâce à l'implication du CNEP une action collective soutenue par une quinzaine d'industriels a permis récemment de valider un accord Afnor (AC T51-808).

Photovoltaïque

 

Les polymères interviennent dans le domaine photovoltaïque à la fois en tant que constituants passifs (technologies à base de silicium ou autres semi-conducteurs métalliques) et constituants actifs dans le cas du photovoltaïque organique (encore au stade de la recherche). La demande industrielle que nous recevons aujourd'hui concerne majoritairement le passif (encapsulants, joints, backsheet... ) dont les propriétés d'usage (essentiellement la barrière à la vapeur d'eau et le maintien du rendement photonique) doivent être garanties sur de longues pé riodes (25-30 ans). L'approche du CNEP consiste de la même façon à mettre à profit son expérience du vieillissement des matériaux polymères pour les évaluer et éventuellement proposer des voies d'amélioration (l'expertise du CNEP c'est aussi la connaissance de toutes les voies de stabilisations lumière et chaleur permettant d'allonger les durées de vie). On notera que dans ce cas le facteur lumière n'est pas toujours le plus important en raison de la filtration des longueurs d'onde les plus courtes par la plaque de verre aussi des prédictions de comportement purement thermique et hydrolytique doivent être entreprises.

En conclusion, la mise à disposition de l'industrie chimique (3) des outils de la recherche en l'occurrence en physico-chimie et en photochimie, si elle peut se faire de manière utile par les voies universitaires classiques peut aussi se faire via des centres de recherche comme le CNEP qui ont pour seule préoccupation la résolution du problème industriel.

 

1) Le CNEP est labellisé Centre de Ressources Technologiques (CRT) par le ministère de l'Enseignement supérieur et de la recherche et est agréé pour le Crédit Impôt Recherche. (www.cnep-ubp.com)

2) Le CNEP est en contact régulier avec plus de 300 entreprises françaises et étrangères (ratio environ 40/60, PME/Grands Groupes), son effectif est de 12 chercheurs permanents

3) Au-delà des polymères eux-mêmes on pourrait aussi parler des problèmes de migration de petites molécules au sein de la matrice polymère qui sont aussi l'une de nos préoccupations

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