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Étude des polymères sous rayonnements

La présence des polymères à différents niveaux dans l'industrie électronucléaire justifie que leur comportement sous rayonnements ionisants soit étudié depuis plusieurs décennies.

Page 3 / 6 - Comment étudier les polymères irradiés ? Sommaire
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Yvette Ngono-Ravache Ingénieur chercheur chimie

L'étude du comportement des polymères irradiés s'effectue à l'aide de plusieurs types de polymères.

Les matériaux utilisés sont essentiellement des polymères « modèles » comportant très peu d'additifs. Les plus couramment étudiés sont : 

  • le PE (polyéthylène) ;
  • le PP (polypropylène) ;
  • le PB (polybutylène) ;
  • l'EPDM (terpolymère d'éthylène-propylène-1,4 hexadiène) ;
  • le PVC (polychlorure de vinyle) ;
  • le polycarbonate de bisphénol A.  

La structure de la mousse polyéthylène, agrandie 50 fois. Elle est utilisée par exemple dans la construction automobile et la technique orthopédique. © koepp.de
La structure de la mousse polyéthylène, agrandie 50 fois. Elle est utilisée par exemple dans la construction automobile et la technique orthopédique. © koepp.de

Des polymères industriels contenant des antioxydants et des charges minérales (noir de carbone, talc...) sont également étudiés. Le choix entre un polymère « modèle » et un polymère « industriel » est fonction de l'orientation choisie pour les travaux de recherche correspondants. Pour une recherche dite « fondamentale » ou pour un sujet nouveau, il est nécessaire de travailler avec un polymère présentant peu ou pas d'additifs, ceci afin de limiter les interactions entre différents mécanismes et d'isoler ainsi le mécanisme recherché.

De même, lorsqu'il s'agit d'une étude multicontraintes, il est nécessaire, dans un premier temps, de découpler les effets de chacune des contraintes puis dans un second temps de coupler ces contraintes afin de mettre en lumière d'éventuels mécanismes coopératifs.

La caractérisation et la quantification sont faites essentiellement par des méthodes spectroscopiques : la spectrométrie infrarouge et la spectrométrie de masse.

Spectrométrie infrarouge

La spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) permet de caractériser des groupements chimiques du polymère grâce aux vibrations des liaisons chimiques présentes dans ces molécules.

Un spectromètre de masse FT-ICR (par Résonnance Cyclotronique des Ions et Transformée de Fourier) de la toute dernière génération permettant de caractériser la matière à partir de la masse de ses atomes et de ses molécules. © DR
Un spectromètre de masse FT-ICR (par Résonnance Cyclotronique des Ions et Transformée de Fourier) de la toute dernière génération permettant de caractériser la matière à partir de la masse de ses atomes et de ses molécules. © DR

Méthode très appréciable et rapide, la spectrométrie infrarouge présente toutefois une limitation face à certains composés parfaitement symétriques. En effet, l'apparition d'une raie après absorption d'un rayonnement dans les longueurs d'onde du domaine de l'infrarouge est conditionnée par la modification, lors de la vibration, du moment dipolaire de la liaison chimique considérée.

Spectrométrie de masse

Pour la quantification de composés bimoléculaires symétriques (H2, O2) nous utilisons la spectrométrie de masse.

La spectrométrie de masse (SM) utilise l'ionisation des molécules. Les molécules contenues dans le flux gazeux injecté dans le spectromètre de masse sont ionisées grâce à un faisceau d'électrons d'une énergie de l'ordre de 70 eV. Les ions résultants sont séparés en fonction de leur rapport masse sur charge (m/z) et ensuite détectés soit par une cage de Faraday, soit par un channeltron (multiplicateur d'électrons).

Les rayonnements ionisants les plus utilisés dans nos recherches sont les faisceaux d'électrons et les faisceaux d'ions lourds produits par le GANIL (Grand Accélérateur national d'ions lourds). Les ions les plus utilisés sont ceux de faible masse tels que le carbone, l'oxygène, le soufre, le calcium et le néon. Des ions plus lourds sont utilisés dans le cadre des études liées à la technologie des traces. Les électrons utilisés ont des énergies de l'ordre du MeV.

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