Mesure de la perméabilité au vapeur d’eau par électrolyse : Dans des conditions de température et d’humidité déterminées, l’échantillon est divisé en une partie humide et une partie sèche. Le vapeur d’eau qui traverse l’échantillon est capturé par une membrane absorbante de phosphore pentoxide (P₂O₅), qui l’absorbe puis le transforme en hydrogène et en oxygène par électrolyse. La intensité de l’électrification est directement proportionnelle à la vitesse de passage du vapeur d’eau. Selon la loi de Faraday, on peut calculer directement la valeur de WVTR, exprimée en g/(m²·24h).
L’électrolyse fonctionne comme un “compteur de molécules d’eau” : chaque molécule d’eau qui passe à travers le dispositif est capturée et “comptée”. Le résultat du compte est représenté par la valeur de l’intensité de l’électricité. Ce système ne dépend ni du poids, ni de la détection optique ; il transforme directement les molécules d’eau en électricité. Par conséquent, son sensibilité est l’un des plus élevés parmi toutes les méthodes disponibles.
Définitions contenues dans les normes
ISO 15106-3 «Plastiques — Films et feuilles — Détermination du taux de transmission de l’humidité — Partie 3 : Méthode d’analyse par détection électrolytique» définit la méthode permettant de déterminer le taux de transmission de l’humidité à travers un échantillon. L’humidité transparente à travers l’échantillon est transportée vers la cellule électrolytique, où elle est électrolytée sur une membrane contenant du pentoxide de phosphore. La puissance électrique utilisée lors de l’électrolyse est directement proportionnelle au taux de transmission de l’humidité. ASTM F3299 correspond au standard américain correspondant (méthode coulombienne avec capteurs de P₂O₅).
Comment le réactionnisme fonctionne-t-il ?
Entre les deux électrodes en platine de la cellule d’électrolyse, une fine couche de P₂O₅ est appliquée. Avant le début de l’essai, il est nécessaire de purifier le système en faisant passer un gaz porteur sec, afin que l’humidité initiale du système soit éliminée. Une fois le courant de fond stable, les vapeurs d’eau provenant du échantillon sont absorbées par le P₂O₅ entre les électrodes, et l’électrolyse se produit alors entre ces dernières. Selon la loi de Faraday, pour électrolyser 1 mole d’eau (18 g), il faut environ 96485 couplés de charge électrique. Par conséquent, l’intensité du courant correspond directement à la vitesse d’absorption de l’humidité ; il n’est donc pas nécessaire de calibrer la membrane pour effectuer des mesures précises – c’est là l’aspect clé qui distingue l’électrolyse de la méthode infrarouge, qui nécessite un calage avec une membrane de référence.
Scénarios d'application et niveau de volume
L’avantage principal de la méthode d’électrolyse est sa sensibilité : les instruments commerciaux peuvent détecter des concentrations allant jusqu’à 0,001 g/(m²·24h). La plage de détection typique se situe entre 0,001 et 100 g/(m²·24h). Cette méthode est particulièrement adaptée pour traiter des matériaux à forte barrière : alu pour l’emballage en blisters pharmaceutiques, films aluminisés, composites à haute barrière comme le PVDC/EVOH, panneaux de soutien pour les cellules solaires, films de conditionnement pour les écrans OLED, etc. Pour les matériaux à faible permittivité, comme le papier ou les tissus non textiles, la quantité de matière qui peut être détectée dépasse la capacité du réacteur électrolytique. Dans ce cas, il est nécessaire d’utiliser une méthode de pesée par coupe.
Comparaison avec la méthode de pesage et la méthode infrarouge
Chaque méthode a sa propre fonction : la méthode du verre gravimétrique (ASTM E96, ISO 2528) est la méthode de référence. Elle permet de mesurer des valeurs allant d’environ 1 à 1000 g/(m²·24h), mais cela prend plusieurs jours. La méthode utilisant un capteur infrarouge modulé (ASTM F1249, ISO 15106-2) permet de mesurer des valeurs allant d’environ 0,05 à 50 g/(m²·24h). Les tests se déroulent en moins de 2 heures, ce qui en fait une méthode idéale pour le contrôle de qualité de routine. La méthode électrolytique (ISO 15106-3, ASTM F3299) est la plus sensible ; elle ne nécessite pas de calibrations. Cependant, elle est adaptée aux études sur les barrières physiques et la durée de vie des produits. Le coût de cette méthode réside dans le besoin de maintenir ou de recouvrir régulièrement les cellules utilisées. La série ISO 15106 s’étend encore : méthode basée sur les capteurs de pression (Partie 5), spectrométrie de masse par ionisation (Partie 6), méthode de détermination de la corrosion par calcium (Partie 7).
Source d’référence
- ISO 15106-3:2003, Plastiques – Films et feuilles – Détermination du taux de transmission de l’humidité – Partie 3 : Méthode d’essai par détection électrolytique.
- ASTM F3299 : Méthode de test standard pour déterminer le taux de transmission de l’humidité par les films et les feuilles plastiques, en utilisant un capteur de détection électrolytique. ASTM International.
- ISO 15106-2 (méthode de détection par infrarouge) et ASTM F1249 (méthode de détection par infrarouge modulé) constituent les méthodes d’instrumentation de moyen niveau.
