Sous l’action des rayonnements ionisants en présence d’oxygène, les polymères se dégradent et perdent leurs propriétés d’usage, en particulier leurs propriétés mécaniques. La compréhension des mécanismes de ce vieillissement oxydatif est cruciale pour prédire l’évolution à long terme de ces matériaux. Le modèle actuellement admis a été proposé en 1946 par Bolland et Gee pour la thermo-oxydation des élastomères contenant des insaturations C=C. Il a été graduellement modifié depuis, à l’exception d’une hypothèse majeure : que l’oxydation soit homogène. Or, la structure du dépôt d’énergie par des rayonnements ionisants est par nature hétérogène. Nous avons alors développé une simulation de cinétique d’oxydation basée sur le suivi des radicaux P⚈ et POO⚈, de O2 et des produits d’oxydation résultants (POOH et POOP). Le modèle s’appuie sur des données de diffusion pour les polymères et permet d’étudier la radio-oxydation par des ions, comparativement à celle des particules légères, en faisant ainsi varier l’hétérogénéité. Cette simulation montre en particulier que le régime stationnaire temporel atteint en conditions hétérogènes ne correspond pas à une distribution spatiale homogène des radicaux.
Irradiation du polyéthylène avec des faisceaux He (5 MeV) représentant les particules α émises par les actinides. Évolution du rapport normalisé POOH/POOP en fonction de la concentration de O2 pour trois débits de dose différents : 6.1 10-4 (a), 6.1 (b) et 6.1 102 kGy/h (c).
Le processus de radio-oxydation est intrinsèquement hétérogène au niveau sub-micrométrique, ce que néglige le modèle classique. La variation du rapport normalisé POOH/POOP avec la concentration en O2, contrôlée par la pression ambiante, montre une forte différence entre le modèle hétérogène (en rouge sur la figure) et le modèle idéalement homogène (en noir). Ce rapport simulé est en principe mesurable expérimentalement, ce que nous ferons par la suite, en faisant varier le TEL (Transfert d’Energie Linéique) des particules (et donc l’hétérogénéité), la pression et le flux. Par ailleurs, la méthode est évolutive et permettra d’intégrer des chaînes cinétiques plus complexes.
Contact : Benoit GERVAIS et Yvette N’GONO RAVACHE