Le PEHD est-il résistant aux UV ? Noir de carbone, HALS et durée de vie réelle en extérieur

Presque chaque semaine, un entrepreneur ou un acheteur nous pose une version de la même question : le PEHD est-il résistant aux UV ? La réponse honnête est que cela dépend de ce qui a été ajouté à la résine avant que le tuyau ne quitte l’usine. Le polyéthylène haute densité est résistant, chimiquement inerte et très tolérant sur site, mais à l'état brut, il n'est pas conçu pour vivre en plein soleil.

Donnez-lui le bon ensemble de stabilisateurs, cependant, et le PEHD supporte des années d'exposition au soleil avec très peu de plaintes. C'est pourquoi les tuyaux en PEHD noirs stabilisés au noir de carbone sont si familiers dans les domaines du drainage, des travaux maritimes, des décharges, de la pisciculture et de l'irrigation agricole.

Ci-dessous, nous expliquons ce que la lumière du soleil fait réellement au polyéthylène, quels additifs assurent la protection, comment cette protection est testée et ce qu'il faut vérifier avant d'acheter.

Ce que la lumière du soleil fait réellement au polyéthylène

Le rayonnement UV compris entre 290 et 400 nm environ transporte plus d'énergie que ce que le squelette carbone-carbone d'une chaîne de polyéthylène peut absorber sans dommage. Une fois qu'un photon est absorbé en présence d'oxygène, une réaction en chaîne radicalaire commence : des hydroperoxydes se forment, des chaînes de polymères se séparent et la surface s'oxyde et se réticule.

Les symptômes visibles et mesurables ont tendance à apparaître dans cet ordre :

• Floraison terne et crayeuse du côté exposé au soleil
• Changement de couleur et perte de brillance
• Une folie à la racine des cheveux qui ne se voit que sous une loupe
• Une chute brutale de l'allongement à la rupture, suivie d'une fissuration fragile

L'allongement est le chiffre qui compte vraiment. Le PEHD frais s'étire de plusieurs centaines de pour cent avant de se rompre, alors qu'une couche de surface altérée peut se rompre à une petite fraction de ce chiffre. C'est pourquoi un tuyau qui semble « juste un peu crayeux » peut se fendre lorsqu'il est plié ou lorsque du remblai s'y dépose.

La dégradation commence comme un phénomène de surface, généralement confiné aux quelques dizaines de micromètres extérieurs. Mais les fissures de surface agissent comme des concentrateurs de contraintes, de sorte qu'une couche endommagée peu profonde peut déclencher une rupture fragile de la totalité de la paroi sous charge, en particulier par temps froid. Dans les climats chauds et soumis à de forts UV, les pièces minces et non stabilisées peuvent atteindre ce point en un à trois ans.

Noir de carbone : le cheval de bataille du PEHD stabilisé aux UV

Le noir de carbone est le stabilisant UV le plus largement utilisé et le mieux éprouvé pour le polyéthylène. Avec des charges d'environ 2 à 2,5 % en poids, avec des particules primaires comprises entre 15 et 25 nm et une bonne dispersion, il absorbe et diffuse les UV avant que le rayonnement n'atteigne le polymère, et il agit également comme un piège à radicaux qui ralentit l'oxydation.

C’est dans la dispersion que les composés bon marché perdent l’argument. Une résine contenant 2,5 pour cent de noir de carbone dans des agglomérats visibles est moins performante qu'un composé à 2 pour cent bien dispersé, car les agglomérats laissent des fenêtres non protégées et peuvent eux-mêmes devenir des points d'initiation de fissures. Lorsque nous qualifions un composé noir, nous examinons la dispersion au microscope, et pas seulement le pourcentage imprimé sur la fiche technique.

Couleur dans la masse, pas de revêtement

Une surface peinte ou une fine peau noire est une finition et non une protection. Le véritable PEHD stabilisé aux UV est pigmenté à travers le mur, de sorte qu'une égratignure, une coupe à la scie ou une section grattée expose toujours le matériau stabilisé. Cela est important sur le site, où les tuyaux sont traînés, empilés et manipulés plus que prévu.

Un compromis mérite d'être connu : les tuyaux noirs chauffent plus en plein soleil que les tuyaux naturels, de sorte que les longs trajets en surface nécessitent un peu plus de tolérance pour la dilatation thermique et l'espacement des supports.

HALS et absorbeurs d’UV : le casting de soutien

Les stabilisants de lumière à base d'amines encombrées ne bloquent pas les UV. Ils agissent chimiquement, interrompant la réaction radicale en chaîne déclenchée par les UV, et ils le font à de faibles charges, souvent de 0,1 à 0,5 pour cent. Dans les sections minces telles que les parois ou les revêtements de tuyaux ondulés, un absorbeur d'UV tel qu'un benzotriazole est également fréquemment ajouté, pour réduire la profondeur de pénétration du rayonnement.

Les performances de HALS dépendent de la chimie environnante. Les résidus acides, certains composés soufrés et certaines charges peuvent retenir l'additif et raccourcir sa durée de vie utile. C'est pourquoi un ensemble de stabilisants est formulé pour une application plutôt que présenté comme un produit générique. Les conduites d'eau potable ajoutent une autre contrainte : chaque additif doit être approuvé pour le contact avec l'eau potable, de sorte que l'emballage est souvent plus conservateur qu'un additif de qualité industrielle.

Comparaison des options de protection

Comment la résistance aux UV est réellement mesurée

L’altération accélérée est la façon dont l’industrie compare les formulations avant que quoi que ce soit ne soit mis en terre. Les méthodes courantes sont :

• ASTM G154 et ASTM D4329, utilisant des lampes fluorescentes UVA-340
• ASTM D2565, exposition à l'arc au xénon
• ISO 4892-2 (arc au xénon) et ISO 4892-3 (UV fluorescent)
• Programmes cycliques qui ajoutent des étapes d'humidité ou de condensation, plus proches des vrais cycles humides et secs

La lecture du rapport compte plus que les heures citées. Recherchez la rétention des propriétés plutôt que le seul changement de couleur : résistance à la traction, allongement à la rupture et résistance aux chocs avant et après exposition, plus un indice carbonyle FTIR si le laboratoire en fournit un. Un échantillon qui conserve 50 pour cent de son allongement d’origine après 3 000 heures d’exposition aux UVA est un produit très différent d’un produit qui en conserve 10 pour cent.

Une mise en garde : aucun test accéléré ne se transforme proprement en "années sur le terrain". La corrélation dépend du climat, de l'angle de montage, du matériau du support et de la température de la surface. Considérez les heures comme un outil de classement entre les formulations, et non comme une garantie. Si vous souhaitez bénéficier du cadre plus large qui entoure ces normes de test, notre guide des normes sur les tuyaux en polyéthylène le parcourt étape par étape.

Enterré, abrité ou entièrement exposé : l’emplacement change tout

Le PEHD enterré ne subit jamais les UV, c'est pourquoi les conduites d'eau et d'égout souterraines sont régulièrement conçues pour durer 50 ans et plus, sans aucune tolérance aux intempéries. Dès qu’un tuyau quitte la tranchée, le tableau change.

Entre ces deux extrêmes se situent les cas délicats que nous voyons le plus souvent : les cheminées d'aération, les canalisations de drainage en surface sur les ponts et les supports industriels, les conduites d'émissaire au bord du rivage, les conduites de chantier temporaires laissées dans une cour pendant une saison et les conduites stockées à découvert pendant des mois avant l'installation. Chacun de ces éléments nécessite un produit véritablement stabilisé, et non une hypothèse.

Le climat compte aussi. Un tuyau noir situé dans un endroit chaud à haute altitude avec un rayonnement direct intense et des températures de surface élevées vieillira plus rapidement que le même tuyau sous le ciel de l'Europe du Nord, même avec un ensemble de stabilisateurs identique.

Que vérifier avant de spécifier du PEHD résistant aux UV

1. Demandez comment le tuyau est stabilisé, pas simplement s'il est « résistant aux UV ». Un fournisseur qui ne peut pas nommer le système est en train de deviner.
2. Demandez la teneur en noir de carbone et un rapport de dispersion, pas seulement le pourcentage.
3. Demandez des données de vieillissement avec des valeurs de rétention pour l'allongement et l'impact.
4. Confirmez la certification de l’eau potable si la conduite transporte de l’eau potable.
5. Vérifiez que la couleur traverse le mur, pas seulement dessus.
6. Assurez-vous que les raccords, les vannes et les joints sont classés pour la même classe d'exposition que le tuyau.

Manipulation des détails qui protègent la surface

• Stockez les bobines et les longueurs à l'ombre lorsque cela est possible, et faites une rotation des stocks afin que rien ne reste au soleil pendant une saison complète avant l'installation.
• Évitez les entailles profondes lors de la manipulation ; une rayure approchant dix pour cent de l'épaisseur de la paroi est normalement découpée plutôt qu'ignorée.
• Soutenir correctement les conduites hors sol et permettre l'expansion, de sorte que le tuyau ne soit pas soumis à une contrainte de flexion constante.
• Regardez les essayages. Les composants usinés ou moulés peuvent transporter un ensemble stabilisateur plus léger que le tuyau qu'ils relient.
• Évitez les peintures à base de solvants et les revêtements incompatibles, qui peuvent attaquer la surface plutôt que de la protéger.

Questions que nous entendons le plus souvent

Le PEHD naturel ou blanc peut-il être utilisé à l’extérieur ?

La résine naturelle est destinée à l’enterrement ou au service intérieur. Les couleurs claires peuvent être stabilisées, mais elles filtrent généralement les UV moins efficacement qu’un composé noir bien dispersé, elles nécessitent donc un ensemble d’additifs plus puissants et des spécifications plus minutieuses.

La protection s'use-t-elle avec le temps ?

L'ensemble d'additifs est consommé très lentement et la surface extérieure est sacrificielle de par sa conception. Un léger film crayeux après des années d’exposition est normal. Les fissures profondes et les fissures visibles après deux ou trois étés ne le sont pas ; ils signifient généralement que le paquet était sous-spécifié pour le climat.

Nous extrudons des tuyaux à Suban depuis 2003, à travers des systèmes d'eau chaude et froide PPR, de drainage et de conduits en PVC, de chauffage par le sol PE-RT et de drainage et systèmes ondulés en PEHD, et la question des UV revient dans presque tous les projets extérieurs que nous citons. Si vous envisagez un drainage hors sol, un émissaire de rivage ou une conduite d'irrigation, indiquez-nous l'exposition, le climat et la durée de vie dont vous avez besoin, et notre équipe vous aidera à correspondre aux spécifications plutôt que de le vendre trop.