Effet de la teneur en caoutchouc récupéré dévulcanisé sur la structure, les propriétés mécaniques et le comportement de vieillissement thermo‑oxydatif du caoutchouc éthylène‑propylène‑diène‑monomère (EPDM)

Pourquoi le vieux caoutchouc compte encore

Chaque année, d’énormes quantités de caoutchouc provenant de joints, tuyaux, toitures et pneus deviennent des déchets parce que le même procédé qui rend le caoutchouc résistant et élastique le rend difficile à recycler. Cette étude examine une voie prometteuse pour donner une seconde vie à un caoutchouc courant, l’EPDM. En rompant et en reformant de manière ciblée certains des liens microscopiques qui maintiennent le matériau, les chercheurs déterminent quelle proportion d’EPDM recyclé peut être incorporée dans de nouveaux produits sans sacrifier la sécurité, la durabilité ou les performances. Leurs résultats ouvrent la voie à des pièces en caoutchouc plus durables pour l’automobile, le bâtiment et l’industrie, avec moins de matière envoyée en décharge ou utilisée comme combustible.

Transformer le caoutchouc usé en ingrédient utile

L’EPDM est largement utilisé parce qu’il résiste mieux à la chaleur, à l’ozone et aux intempéries que de nombreux autres élastomères. Une fois vulcanisé — réticulé chimiquement pour former un réseau tridimensionnel — il devient solide et élastique mais très difficile à refondre et à remodeler. L’équipe a travaillé avec de l’EPDM « dévulcanisé », où beaucoup des liaisons à base de soufre entre chaînes ont été fissurées de façon sélective tout en préservant majoritairement la colonne vertébrale du polymère. Ce matériau récupéré contient toujours du polymère, du noir de carbone, des huiles et des charges minérales. Les chercheurs l’ont incorporé dans une formulation de joint EPDM standard à quatre niveaux : aucun (référence vierge), 20 %, 40 % et 60 % de caoutchouc dévulcanisé. Pour la teneur la plus élevée, ils ont aussi testé une recette modifiée réduisant le noir de carbone et le plastifiant pour compenser ce que le matériau recyclé apporte déjà.

Comment l’ajout de caoutchouc recyclé modifie la structure

Pour comprendre ce qui se passe à l’intérieur du caoutchouc, les auteurs ont utilisé un ensemble de techniques suivant la formation et le vieillissement du réseau. Des essais de vulcanisation, des expériences de gonflement, la relaxation de contrainte dépendante de la température, la RMN basse résolution et une méthode du point de congélation pour solvant emprisonné sondent la densité et la nature des liaisons entre chaînes. La plupart de ces méthodes concordent pour dire que l’ajout d’EPDM dévulcanisé augmente la densité globale des liaisons dans le réseau, principalement parce que le matériau recyclé contient encore du soufre réactif et des liaisons partiellement rompues susceptibles de former de nouveaux ponts lors d’un nouveau durcissement. Cependant, une technique — basée sur le décalage du point de congélation d’un solvant en présence du caoutchouc — a suggéré qu’à forte teneur recyclée, l’espacement moyen entre liaisons augmente en réalité. Les auteurs proposent que cette divergence reflète un mélange plus complexe de ponts soufrés longs et flexibles et de ponts plus courts et plus rigides dans les compositions riches en recyclé, et que toutes les méthodes ne « voient » pas cette structure de la même façon.

Des tests en laboratoire aux performances en conditions réelles

Les essais mécaniques ont révélé un compromis net à mesure que la proportion d’EPDM dévulcanisé augmentait. La dureté Shore A, mesure simple de la fermeté perçue du caoutchouc, a augmenté régulièrement avec la teneur en recyclé, reflétant un réseau plus raide et plus fortement lié, riche en charges. En parallèle, la résistance à la traction, la résistance à la déchirure et l’allongement à la rupture ont diminué, surtout aux niveaux 40 % et 60 %. Des irrégularités microscopiques dans la jonction entre les régions de caoutchouc neuf et ancien, une réticulation inégale et des chaînes partiellement endommagées créent des « points faibles » où des fissures peuvent démarrer et se propager. La recette modifiée à 60 %, avec moins de noir de carbone et d’huile, a légèrement assoupli le matériau et amélioré son aptitude à l’élongation par rapport au mélange 60 % non ajusté, tout en maintenant la plupart des propriétés dans une plage similaire. Cela montre qu’une formulation intelligente peut en partie compenser les inconvénients d’un recyclage intensif.

Ce qui se passe quand le caoutchouc vieillit

La durabilité est tout aussi importante que la résistance initiale pour des joints et des garnitures qui peuvent rester dans des environnements chauds et riches en oxygène pendant des années. Pour simuler un service de longue durée, les chercheurs ont vieilli toutes les compositions jusqu’à six semaines à 70 °C et 100 °C, et pour des durées équivalentes plus courtes à 125 °C. Ils ont suivi les changements chimiques, la raideur, la résistance, l’aptitude à l’étirement et l’élasticité. Comme prévu, le vieillissement a entraîné une augmentation de la réticulation et quelques ruptures de chaîne dans tous les matériaux. Pourtant, les compositions contenant du dévulcanisé ne vieillissaient pas plus vite que la référence vierge ; dans de nombreux cas, leur perte de résistance et de souplesse était comparable voire légèrement moindre. Les spectres infrarouges et les mesures de réticulation ont montré que le réseau évolue progressivement de ponts soufrés plus longs et plus mobiles vers des ponts plus courts et plus rigides, mais ce changement n’a pas provoqué d’embrittlement dramatique supplémentaire dans les mélanges recyclés. La recette ajustée à 60 % a parfois présenté un comportement étonnamment favorable, laissant penser que l’optimisation de la formulation peut améliorer à la fois les performances initiales et la résistance au vieillissement.

Ce que cela implique pour un caoutchouc plus vert

Pour un public non spécialiste, le message principal est que l’EPDM contenant une fraction importante de matériau soigneusement dévulcanisé peut encore offrir des performances respectables, surtout si la formulation est adaptée pour tenir compte des charges supplémentaires et du soufre réactif qu’il apporte. Plus de contenu recyclé rend le caoutchouc plus ferme mais moins extensible, et des niveaux très élevés entraînent néanmoins une baisse sensible de la résistance. Toutefois, les mélanges recyclés ne se détériorent pas plus rapidement sous l’effet de la chaleur et de l’oxygène ; leur vieillissement se déroule à peu près au même rythme que celui de l’EPDM conventionnel. Cela suggère que, pour de nombreuses applications d’étanchéité et d’amortissement où des performances mécaniques extrêmes ne sont pas cruciales, les fabricants peuvent remplacer en toute sécurité une part importante de caoutchouc vierge par de l’EPDM récupéré, réduisant déchets et consommation de ressources tout en maintenant une longue durée de vie en service.

Citation: Leng, Y., Spanheimer, V., Katrakova-Krüger, D. et al. Effect of devulcanized reclaimed rubber content on structure, mechanical properties, and thermo-oxidative aging behavior of ethylene-propylene-dien-monomer (EPDM) rubber. Sci Rep 16, 6350 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36961-w

Mots-clés: Caoutchouc EPDM, dévulcanisation, recyclage du caoutchouc, vieillissement des matériaux, polymères durables