Le polyéthylène (PE) est un matériau couramment utilisé pour la fabrication de cuves destinées au stockage de liquides. Sa résistance chimique, sa légèreté et sa facilité de mise en œuvre en font un choix privilégié. Cependant, exposé aux rayonnements ultraviolets (UV) du soleil, le PE subit une dégradation progressive qui peut altérer ses propriétés mécaniques et esthétiques.

Sommaire:

I. Rayonnement solaire : différence entre kWh/m et kilolangley (kLy)
II. Exposition solaire et UV selon les régions de France et quelques pays européens
III. Impact des UV sur le polyéthylène : le processus de photo-oxydation
IV- Noir de carbone versus pigment bleu clair ou vert : le compromis entre protection UV et gestion thermique
V. Normes UV8 vs UV15 : durée d'exposition et tenue mécanique 
Conclusion

I. Rayonnement solaire : différence entre kWh/m² et kilolangley (kLy)

L’énergie solaire reçue par une surface s’exprime en kilowattheures par mètre carré (kWh/m²), qui représente la totalité du rayonnement solaire (UV, visible et infrarouge). En France, cette valeur varie généralement de 1100 à 1700 kWh/m² par an, selon la localisation.

Les kilolangley (kLy) mesurent spécifiquement l’énergie des rayons UV reçue par mètre carré, qui représente environ 5 à 8 % de l’énergie solaire totale. Ce rayonnement UV est particulièrement agressif pour le polyéthylène.

• Par exemple, une région recevant 1400 kWh/m²/an de rayonnement total aura typiquement entre 70 et 110 kLy/an d’irradiation UV.
• Dans des zones très ensoleillées comme Bandol, les doses UV peuvent atteindre jusqu’à 200 kLy/an.

II. Exposition solaire et UV selon les régions de France et quelques pays européens

Ces données montrent clairement que l’exposition UV, exprimée en kilolangley, varie fortement selon la latitude, l’altitude et les conditions climatiques locales. Elle conditionne la vitesse de dégradation des matériaux plastiques exposés en extérieur.

D’ailleurs le Centre d’Essais Solaires de l’Institut National de l’Énergie Solaire (INES), est situé à Bandol, car il bénéficie d’une exposition solaire élevée (jusqu’à 200 kLy/an) et constitue un site de référence pour tester la résistance des matériaux aux rayons UV, validant ainsi les formulations et les stabilisations employées.

III. Impact des UV sur le polyéthylène : le processus de photo-oxydation

Les UV pénètrent la surface du PE et provoquent la photo-oxydation, une réaction chimique dégradant la structure moléculaire. Cette dégradation se traduit par : 

• Apparition de fissures et de craquelures,
• Perte d’élasticité,
• Décoloration et aspect terne,
• Affaiblissement mécanique pouvant compromettre la durabilité de la cuve.

Plus la dose UV (exprimée en kLy) est élevée, plus le processus de dégradation est rapide.

IV- Noir de carbone versus pigment bleu clair ou vert : le compromis entre protection UV et gestion thermique

Le noir de carbone est très efficace pour bloquer les UV, mais il a pour effet d’absorber aussi une grande partie de la chaleur solaire, ce qui peut entraîner une augmentation notable de la température de la cuve et de son contenu et plus la température est élevée plus les caractéristiques mécaniques du polyéthylène chutent et redeviennent bonne dés que la température redescend.

Le pigment bleu clair apparaît comme une alternative intéressante, car :

• Il réfléchit davantage la lumière visible et infrarouge, limitant l’échauffement de la cuve,
• Il permet une protection UV satisfaisante lorsqu’il est combiné avec des stabilisateurs adaptés (notamment HALS).

Cette solution est particulièrement recommandée lorsque la température du liquide stocké doit être maîtrisée, comme pour l’eau potable ou certains produits sensibles.

V- Normes UV8 vs UV15 : durée d'exposition et tenue mécanique 

Les niveaux de stabilisation UV8 et UV15 font référence à des durées d’exposition simulée en laboratoire selon la norme NF EN ISO 4892-2, qui soumet les matériaux à des cycles contrôlés de rayonnement UV, température et humidité pour accélérer le vieillissement.

• UV8 correspond à une résistance à environ 8 000 heures d’exposition UV simulée.
• UV15 correspond à une résistance à environ 15 000 heures d’exposition UV simulée.

Lien avec la tenue mécanique :
La norme NF EN ISO 4892-2 ne se limite pas à mesurer la résistance visuelle ou la décoloration : elle inclut également des tests pour vérifier que le matériau conserve ses propriétés mécaniques essentielles après exposition, notamment :

• La résistance à la traction,
• L’élongation à la rupture,
• La résistance aux chocs.

Une formulation stabilisée UV8 garantit que les propriétés mécaniques du polyéthylène restent acceptables après 8 000 heures d’exposition simulée, tandis que la formulation UV15 assure que ces propriétés sont maintenues jusqu’à 15 000 heures.

Cela signifie concrètement qu’une cuve en PE stabilisée UV15 conservera sa solidité, sa souplesse et sa capacité à résister aux contraintes mécaniques bien plus longtemps sous un ensoleillement intense, retardant ainsi la formation de fissures, craquelures et ruptures.

Pour limiter ces effets, les fabricants intègrent dans le PE des additifs stabilisateurs UV. La stabilisation dite UV15 est une formulation avancée conçue pour résister à des doses UV jusqu’à deux fois supérieures à celles couvertes par la norme UV8.

Cette formulation associe :

• Absorbeurs UV qui filtrent les rayons avant qu’ils n’agressent la matière,
• Noir de carbone, pigment traditionnel offrant une protection correcte contre les UV,
• Stabilisateurs HALS (Hindered Amine Light Stabilizers), présents à environ 2000 ppm, essentiels pour neutraliser les radicaux libres formés lors de la photo-oxydation sur du long terme même si certains producteurs de polyéthylène arrivent à passer le test UV15 avec prés de 700 ppm .

Les HALS jouent un rôle fondamental en arrêtant la chaîne de dégradation chimique, prolongeant ainsi la vie du matériau.

Conclusion 

La durabilité des cuves en polyéthylène dépend en grande partie de leur capacité à résister à la photo-oxydation due aux rayons UV, dont l’intensité varie selon la région et s’exprime en kilolangley (kLy). Le choix d’une formulation stabilisée UV15, contenant environ 2000 ppm de HALS et non 700 ppm comme certains UV15 testés, assure une meilleure résistance à ces agressions.

Par ailleurs, le choix du pigment influe non seulement sur la protection UV, mais aussi sur la gestion thermique : le noir de carbone offre une protection maximale mais favorise le réchauffement et conduit à des pertes mécaniques réversibles du polyéthylène, tandis que le bleu clair ou le vert clair limite ce phénomène tout en maintenant une bonne résistance aux UV.

Ces éléments sont essentiels à prendre en compte pour garantir la longévité et la performance des cuves en polyéthylène, particulièrement dans les régions françaises aux fortes expositions solaires.