Durable et élastique – depuis 700 ans

Le caoutchouc naturel provient de l’arbre Hévéa ou Hevea brasiliensis en latin. L’arbre pousse naturellement en Amazonie en Amérique du Sud, mais est également planté pour la production de caoutchouc en Asie du Sud-Est et en Afrique de l’Ouest.

L’histoire du caoutchouc est entourée de mythes. On raconte qu’il a été découvert au Moyen Âge, lorsque Christophe Colomb a vu des indigènes d’Haïti jouer avec des balles élastiques qui rebondissaient beaucoup mieux que celles utilisées en Europe. En fait, la population locale des Caraïbes et de certaines parties de l’Amérique centrale et du Sud connaissaient et utilisaient le caoutchouc à diverses fins bien avant que le reste du monde ne sache quoi que ce soit de ce matériau. Avant que le caoutchouc ne fasse son entrée dans le monde moderne, des plaques de liège et d’autres matériaux étaient utilisés comme amortisseurs et inserts dans les chaussures.

Le caoutchouc s’est développé lentement en tant que matériau utile entre le XVe et le XVIIIe siècle. Un problème fondamental restait cependant à résoudre. Le défi consistait à s’attaquer au grand inconvénient du caoutchouc : il devenait dur et cassant par temps froid et collant et mou par temps chaud. Au cours du 19ème siècle, plusieurs tentatives infructueuses ont été faites pour essayer d’améliorer les propriétés du caoutchouc afin de le rendre stable, sec et pliable plutôt que mou et collant.

En 1839, 100 ans avant la Seconde Guerre mondiale, l’Américain Charles Nelson Goodyear a découvert qu’en mélangeant une petite quantité de soufre avec le caoutchouc et en le chauffant, le caoutchouc obtenait les propriétés souhaitées, ce que nous appelons aujourd’hui la vulcanisation.

La vulcanisation donne au caoutchouc les propriétés souhaitées

La vulcanisation est un processus au cours duquel le caoutchouc se transforme en un état élastique en modifiant sa structure chimique, grâce à la réticulation. Lors de la vulcanisation, les propriétés élastiques sont améliorées et étendues de sorte qu’elles s’appliquent dans une plus grande plage de températures. Après sa découverte fondamentale, Charles Nelson Goodyear a breveté la vulcanisation en 1844 – la même année que la Suède a introduit son hymne national.

La meilleure propriété du caoutchouc est qu’il est élastique et fonctionne un peu comme un ressort en acier qui amortit un choc ou une vibration. La différence entre le caoutchouc et un ressort en acier est que le caoutchouc a une fréquence naturelle basse, ce qui le rend idéal pour l’amortissement des vibrations.

Mesure de la dureté du caoutchouc

La dureté est une quantité de matériau qui décrit la force nécessaire pour déformer le matériau. La dureté n’est pas la même chose que la densité. La densité d’un matériau est une mesure de la masse du matériau par quantité de volume.

Il existe deux groupes principaux pour mesurer la dureté :

• Mesure plastique où le test déforme et provoque une marque permanente sur l’échantillon.
• Mesure élastique où l’échantillon retrouve sa forme d’origine une fois le test terminé.

La dureté ou la rigidité du caoutchouc est déterminée en mesurant jusqu’où une pointe de mesure émoussée peut être enfoncée dans le caoutchouc.

À l’origine, il existait plusieurs méthodes pour mesurer de la dureté, mais de nos jours, ce sont principalement deux méthodes qui sont utilisées, Shore et IRHD.

Mesure de la dureté avec Shore ISO 7619

La méthode la plus ancienne pour mesurer la dureté est la méthode Shore de 1915, où un cône tronqué est enfoncé dans le caoutchouc à l’aide d’un ressort et une lecture est effectuée après 3 secondes. Avant cette méthode, l’intervalle de temps « en moins d’une seconde » était utilisé, mais il est désormais passé à 3 secondes dans ISO 7619 pour augmenter la précision.

La méthode Shore a plusieurs échelles (A, B, C, D, AO, DO, O, OO et AM). Parmi celles-ci, les quatre les plus courantes sont spécifiés dans la norme ISO. Shore A est utilisée pour la dureté normale du caoutchouc, la Shore D pour le caoutchouc dur et la Shore AO pour le caoutchouc souple.

Toutes les échelles Shore vont de 0 à 100, où 0 est « infiniment » souple et 100 est « infiniment » dur. Il existe un équipement de mesure Shore spécial pour mesurer la dureté du caoutchouc.

Mesure de la dureté selon la méthode IRDH

La méthode IRHD (International Rubber Hardness Degrees) est une évolution de la méthode Shore réalisée au sein de l’ISO pour améliorer la précision de la mesure de la dureté.

Différents types de caoutchouc

Caoutchouc naturel (NR)

Le caoutchouc naturel est ce que nous appelons le caoutchouc extrait de la sève (latex) de l’arbre hévéa, Hevea Brasiliensis.

Le caoutchouc vulcanisé est bon marché, durable, élastique et présente une résistance élevée à l’abrasion. Il est bien adapté pour une utilisation à des températures comprises entre -30 et 80 °C, mais n’est ni résistant à l’huile, ni à l’essence. Pour améliorer les niveaux de résistance, du noir de carbone est souvent ajouté. C’est pourquoi le caoutchouc naturel est souvent noir, même si le caoutchouc à l’état pur est jaunâtre.

Caoutchouc isoprène (IR)

L’IR est basé sur du cis-polyisoprène produit synthétiquement. Il a des propriétés mécaniques similaires, mais c’est un matériau beaucoup plus pur qui convient mieux aux industries alimentaires et médicales.

Caoutchouc styrène butadiène (SBR)

Le SBR a été développé en Allemagne dans les années 1930. Le SBR a des propriétés très similaires au caoutchouc naturel, mais est légèrement plus résistant à l’abrasion, à la chaleur et aux intempéries (ozone). Les pneus de voiture sont souvent constitués d’une combinaison de caoutchouc naturel et de SBR.

Caoutchouc nitrile (NBR)

Grâce à la bonne capacité du caoutchouc nitrile à résister à l’essence et à l’huile, il est souvent utilisé dans les tuyaux d’huile, mais aussi dans les emballages alimentaires pour les produits en contact avec les graisses. Le NBR peut supporter des températures prolongées jusqu’à 90 °C, mais n’est pas particulièrement résistant aux intempéries. Pour contourner ce problème, il est souvent mélangé avec environ un tiers de PVC.

Caoutchouc butyle (IIR)

Le caoutchouc butyle se distingue principalement par sa capacité à ne pas laisser passer les gaz. C’est pourquoi il est souvent utilisé dans les chambres à air des pneus de voiture et de vélo. Il est également assez résistant à la chaleur et peut supporter des températures comprises entre -30 et 120 °C pendant des périodes prolongées et de -40 à 140 °C pendant des périodes plus courtes.