Influence de la pression totale sur la perméation de la vapeur d’eau

Ce chapitre présente plusieurs résultats expérimentaux, issus d’une démarche exploratoire visant à tester la pertinence du modèle à double pression présenté dans le chapitre précédent. Pour ce faire, des expériences inédites ont été menées, dans l’idée de mesurer l’inﬂuence de la pression totale sur la perméance apparente à la vapeur d’eau, à température et pression partielle de vapeur d’eau constantes.

Les mêmes conditions expérimentales ont été utilisées pour mesurer les débits de gaz avec deux méthodes différentes, le vieillissement de PIV entiers en enceinte climatique et la mesure de perméance apparente par méthode manométrique, aﬁn d’augmenter la robustesse des résultats. Ces résultats permettront d’étudier le rôle du titre massique de vapeur d’eau, c’est-à-dire du rapport entre pression partielle de vapeur d’eau et pression totale, dans la perméation surfacique de la vapeur d’eau. L’in- ﬂuence des méthodes de mesure et des effets de bords sera également considérée.

Dans le chapitre précédent, un modèle alternatif a été proposé pour les transferts de masse à travers les enveloppes barrières multicouches des PIV, à base de ﬁlms polymères métallisés. Les données expérimentales de la littérature ont permis d’avoir un très rapide aperçu de la pertinence de ce modèle. Néanmoins la nécessité de nouvelles expériences apparaît clairement comme une étape indispensable à l’évaluation de ce modèle à double pression.

Ce modèle a été conçu dans l’idée de considérer les ﬂux de gaz comme des transferts couplés, et donc de tenir compte à la fois de la quantité du gaz auquel on s’intéresse (par la pression partielle du gaz), et de la quantité totale de gaz (par la pression totale), pour quantiﬁer le ﬂux de chaque gaz. Il semble donc pertinent, pour tester ce modèle, de s’intéresser à l’inﬂuence de la pression totale sur le ﬂux de chaque gaz, tous paramètres égaux par ailleurs. Cela conduit donc à réﬂéchir à des expériences, à l’échelle du panneau et à l’échelle de la membrane, qui permettraient de quantiﬁer le ﬂux d’un gaz particulier à travers une membrane barrière dans différentes conﬁgurations caractérisées par une même température et un même gradient de pression partielle du gaz considéré, mais avec différents gradients de pression totale.

Membrane étudiée

La membrane barrière étudiée, un complexe multicouche de ﬁlms polymères aluminisés, est choisie par compromis entre la représentativité des échantillons testés – par rapport aux enveloppes barrières commerciales utilisées dans la fabrication de PIV – et la difﬁculté pratique lors de la mesure de la perméance à la vapeur d’eau. L’utilisation d’une membrane faiblement barrière, possédant peu de couches barrières (une ou deux couches) métallisées sur un faible épaisseur (moins de 50 nm), permet a priori de faciliter la mesure.

En effet, la perméance sera plus élevée, donc le débit de gaz plus important et ainsi plus facile à détecter et mesurer. Les enveloppes les plus perméables sont également celles pour lesquelles la stabilisation est la plus rapide, puisque la solubilité et la diffusion sont accélérées. Les enveloppes barrières commerciales sont en revanche réalisées aﬁn de maximiser les propriétés barrières, pour garantir une durée de vie maximale aux PIV. Les enveloppes multicouches actuellement les plus performantes contiennent trois ﬁlms polymères métallisés sur une épaisseur de 100 nm environ (voir paragraphe 4.2, notamment les tableaux 4.5 et 4.6).

Le choix s’est donc porté sur une conﬁguration intermédiaire, contenant deux ﬁlms barrières pour reproduire l’effet de sandwich des enveloppes multicouches sans avoir des pro- priétés barrières extrêmes. L’épaisseur de métallisation des ﬁlms polymères aluminisés a été ﬁxée à 80 nm, sufﬁsamment élevée pour être représentative de la morphologie des couches métalliques des enveloppes barrières commerciales, notamment en terme de nombre et de taille des micro-défauts, qui jouent un rôle majeur dans la perméation gazeuse comme il en a été discuté dans la section 3.4.3. La membrane est donc formée de deux couches de PET de 12 &m aluminisées sur 80 nm, assemblées par collage face métallisée contre face métallisée, à l’aide d’un ﬁlm de colle à base de polyuréthane. Ce biplex est recouvert d’une couche de PE de 50 &m, servant de couche de scellage, assemblée au biplex par collage (même type de colle à base de polyuréthane). La ﬁgure 6.1 représente la membrane en question, que l’on nommera MF8 par la suite.