RECHERCHE SUR LA RÉSISTANCE AUX AGENTS ATMOSPHÉRIQUES DES REVÊTEMENTS

Comment conserver les performances inchangées dans le temps ?

La conception de pistes d'athlétisme de compétition implique la réalisation de matériaux qui garantissent des performances uniformes dans n'importe quelle condition d'utilisation, à n'importe quel endroit du revêtement, et qui soient en mesure de maintenir ses performances inchangées dans le temps.

Les pistes préfabriquées MONDO sont composées de deux couches différentes de caoutchouc solide, réunies par un processus de vulcanisation et elles sont installées selon un protocole rigoureux.

Elles garantissent donc une inimitable uniformité de comportement grâce à l'épaisseur homogène, à la composition contrôlée et à la constance du comportement visco-élastique.

Les formulations des pistes MONDO sont conçues pour garantir le juste degré de résistance au glissement tant en cas de piste sèche que mouillée, et, simultanément, pour maintenir le même comportement élastique dans un vaste intervalle de température, afin d'assurer une réponse élastique constante, quelles que soient la saison et la zone climatique où elles sont installées.

Le maintien des performances dans le temps est toutefois un aspect encore plus complexe. Il existe en effet très peu de produits en caoutchouc coloré exposés de manière permanente à l'environnement extérieur.

Les pistes d'athlétisme sont exposées aux rayons solaires et à l'ozone, à des écarts thermiques, à l'humidité et à la pluie et elles subissent des interventions régulières de nettoyage, parfois avec des détergents chimiques.

Depuis les années 70, les laboratoires MONDO ont donc recherché de nouvelles méthodologies pour évaluer dans des délais relativement courts les phénomènes qui se produisent par contre sur plusieurs années, afin de pouvoir concevoir des produits qui résistent de plus en plus aux différentes conditions climatiques, la principale cause de vieillissement des matériaux.

Au début des années 90, MONDO a commencé à appliquer les premières formulations spécifiquement adaptées à l'installation en extérieur.

Depuis lors, dans les laboratoires MONDO, de nombreuses instrumentations utiles pour mesurer et vérifier le comportement des matériaux ont été introduites : aujourd'hui, MONDO dispose en interne de poêles de grandes dimensions pour simuler les vieillissements thermiques dans différentes conditions de température et d'échange d'air, d'une chambre climatique pour simuler des cycles thermiques et d'humidité, d'un Xenotest rotatif et d'une chambre Q-Sun plane afin de simuler l'exposition aux rayonnements solaires et à des cycles de pluie, un ozonomètre pour l'exposition des matériaux à des environnements oxydatifs.

Depuis 2009, aux protocoles de vieillissement ont été ajoutés d'autres vérifications techniques : outre les variations de propriétés mécaniques mesurées dès les années 90, en 2009, grâce à l'introduction en laboratoire d'un calorimètre à balayage différentiel, MONDO a pu évaluer également les temps d'oxydation de ses propres pistes exposées à la chaleur.

Depuis 2016, en collaboration avec le Politecnico de Milan et avec des laboratoires internationaux, MONDO a mené des recherches parallèles afin de comprendre les mécanismes potentiels de dégradation d'une piste d'athlétisme exposée aux agents atmosphériques, afin de simuler fidèlement ce vieillissement et donc de pouvoir concevoir des matériaux de plus en plus capables de conserver dans le temps leurs caractéristiques physico-chimiques.

Les phénomènes de vieillissement des matériaux soumis à des climats extrêmes ont été étudiés en Arizona (USA), auprès de Q-Lab, une des plus grandes structures d'exposition dans des conditions d'environnement désertique au monde.

MONDO a remis des échantillons de certaines formulations spécifiquement conçues pour l'étude des phénomènes de vieillissement qui ont été soumis pendant plus de 2 ans à des essais d'exposition naturelle à l'air libre.

Les mêmes matériaux ont été soumis à des tests d'exposition à l'extérieur et à des tests de vieillissement artificiel auprès du laboratoire MONDO de Gallo d’Alba et auprès du laboratoire du service de Chimie, Matériaux et Génie Chimique du Politecnico de Milan.

La collaboration avec le Politecnico de Milan a par contre permis de lancer la première étude au monde sur les procédures de vieillissement des pistes d'athlétisme, dans le but de valider un protocole de vieillissement artificiel accéléré capable de simuler dans des délais relativement courts l'effet du vieillissement naturel et les méthodes les plus adaptées de vérification du comportement des pistes après le vieillissement.

Depuis le début de l'année 2017, afin d'améliorer encore davantage ses laboratoires, MONDO a introduit un dynamomètre de dernière génération pour appliquer des protocoles de vérification du comportement mécanique de la piste en présence d'une compression et elle a installé une balance thermogravimétrique permettant d'analyser la décompression thermique de ses revêtements.

Afin de caractériser les modifications structurelles subies par la surface de la piste, en outre, MONDO utilise quotidiennement des techniques modernes de microscopie électronique et d'analyse spectrophotométrique.

Les premiers résultats apparus, auxquels s'ajoutent les indications tirées de l'analyse d'échantillons de pistes déjà réceptionnées, ont permis d'introduire, d'une part, de nouvelles procédures innovantes de vieillissement et de vérification des matériaux et, d'autre part, d'améliorer les procédures de conception et de contrôle qualité.
En outre, les nouvelles procédures introduites, ont permis de réaliser des analyses et vérifications plus approfondies sur les filtres UV, sur les ingrédients anti-oxydants, et anti-ozonants, sur les types de polymère et de charges minérales et d'appliquer les résultats obtenus pour optimiser des additifs qui protègent la piste des agents atmosphériques.

Les résultats de ce travail de recherche sont tangibles : même s'il est impossible de bloquer le vieillissement d'un matériau exposé à l'extérieur, il est possible de ralentir ce processus et d'augmenter la durée des revêtements sportifs par un équilibrage correct du système polymère et des additifs. Le développement de la piste olympique de Tokyo est le premier résultat de ces études : les modifications apportées aux formulations étudiées pour la compétition de niveau supérieur seront en effet appliquées à toute la gamme de revêtement pour des installations en extérieur.

Grâce aux techniques développées, il est en outre possible d'imaginer de nouveaux développements pour des produits de plus en plus performants et, en particulier, le développement de produits dédiés à des zones spécifiques du monde, où l'exposition aux UV est supérieure ou où l'écart thermique est supérieur.

Bibliographie

Ageing in athletics tracks: A multi-technique experimental investigation, Polymer Testing, May 2018

Stefano Tagliabue 1, Luca Andena 1,2, *, Andrea Pavan 1, Andrea Marenghi 3, Emanuele Testa 3 and Roberto Frassine 1

1 Politecnico di Milano, Department of Chemistry, Materials and Chemical Engineering “Giulio Natta”,
Piazza L. da Vinci, 32, Milan (Italy)
2 Politecnico di Milano, Engineering, Exercise, Environment, Equipment for Sport (E4Sport) Lab,
Piazza L. da Vinci, 32, Milan (Italy)
3 Mondo S.p.A., Piazzale Edmondo Stroppiana, 1, Alba (Italy)