Des chercheurs du Centre des sciences photochimiques de la Bowling Green State University ont mis au point un système de revêtement prometteur pour la préservation des monuments historiques, et peut-être bien plus encore.
Une équipe composée du Dr Joe Furgal, professeur adjoint de chimie à la BGSU, du doctorant Cory Sims et de la chercheuse postdoctorale Dr Chamika Lenora a utilisé trois formes différentes de chimie pour développer un système de revêtement hybride organo-silicium qui pourrait prolonger la durée de vie de plusieurs les surfaces soumises à des niveaux élevés d’érosion, y compris les monuments nationaux, les structures historiques, les statues, les pierres de cimetière et les bâtiments.
Soutenue par le National Park Service, le US Department of the Interior et le National Center for Preservation Technology and Training, l’équipe de recherche a cherché un moyen d’atténuer les dommages environnementaux tout en développant un revêtement qui durcissait rapidement mais avait une longue durée de vie et pouvait être appliqué de multiples façons.
Jusqu’à présent, leurs résultats ont été à la fois encourageants et primés. Présentant la recherche lors de la conférence Polymer Initiative of Northeast Ohio (PiNO) en octobre à l’Université Case Western, Sims a remporté le PPG Choice Poster Award.
Au départ, Furgal développait un système de revêtement pour rendre les surfaces des bateaux plus hydrophobes ou hydrofuges, mais a vu que le service du parc était à la recherche de recherches pour rendre les matériaux résistants à l’érosion. L’ajustement était naturel.
« J’ai proposé ce système de revêtement et je l’ai conçu à l’origine pour les bateaux, mais ce n’était qu’une proposition à l’époque et nous n’avions encore rien fait », a déclaré Furgal. « Quand j’ai vu la subvention du parc national, j’ai pensé : ‘Je me demande si nous pouvons utiliser ce type de revêtement pour la préservation des monuments.' »
Après une année complète de tests, les chercheurs du BGSU ont découvert que leur système était, en bref, efficace sur une grande variété de surfaces.
« Ils pourraient l’utiliser sur n’importe quoi de pierre, d’acier, de fer, de verre, de béton, de brique, de bois – à peu près tout sauf les tissus », a déclaré Sims. « Idéalement, cela peut réduire l’érosion et peut aider avec les graffitis car vous pouvez simplement essuyer Sharpie ou pulvériser de la peinture une fois le revêtement appliqué avec juste un peu d’huile de coude. »
Une approche hybride
L’équipe BGSU a utilisé trois chimies distinctes (réaction thiol-ène initiée par UV, réaction amine/époxy et durcissement sol-gel alcoxysilane) pour obtenir les qualités souhaitables de chaque méthode tout en réduisant leurs qualités moins souhaitables.
Les acryliques ont besoin de temps de durcissement longs, ce qui peut les rendre difficiles à utiliser avec des surfaces déjà à l’extérieur. Les fluoropolymères tels que le téflon posent des problèmes environnementaux et ne peuvent pas être utilisés sur toutes les surfaces, tandis que certains époxy sont sujets à l’oxydation et à la décoloration lorsqu’ils subissent une érosion.
Ils ont également relevé le défi de savoir comment tester le revêtement sans l’aide d’un météoromètre – une technique de vieillissement ultraviolet qui simule l’exposition au soleil sur les revêtements – pour tester une variété de climats extrêmes, alors ils ont improvisé.
« Nous avons essentiellement dû créer nos propres systèmes météorologiques au début, mais nous avons finalement décidé que faire des tests à l’intérieur du bâtiment n’était pas faisable », a déclaré Furgal. « Au lieu de cela, nous avons décidé d’aller sur le toit du bâtiment et de les mettre là-bas dans le monde réel. Nous avons eu un an d’étude dans le monde réel avant de publier quoi que ce soit. »
Ils ont déplacé les surfaces enduites, y compris la pierre et le verre, sur le toit du bâtiment du laboratoire de sciences physiques sur le campus, les soumettant à l’un de leurs avantages géographiques : le climat du nord de l’Ohio provoque de nombreux types d’érosion.
« Heureusement, l’Ohio est plutôt bon puisque nous avons tout : beaucoup de pluie, beaucoup de glace, beaucoup de neige, une chaleur extrême, un froid extrême », a déclaré Sims. « Nous n’avons pas d’incendies de forêt ou de conditions de type tempête de sable, mais ils ont vu à peu près tout le reste. »
Bonnes notes
Au cours des tests, les échantillons de revêtement à trois systèmes ont montré une hydrophobicité améliorée et une réactivité moins prématurée à plusieurs types d’érosion sur de nombreuses surfaces : verre, acier, bois, marbre, granit, brique et nitrile, qui ont tous bénéficié du revêtement.
Le bois reste le principal matériau de construction de nombreux bâtiments historiques, ce qui peut être un défi à entretenir car le bois est à la fois poreux et inflammable. Comme la brique, cependant, l’échantillonnage a montré que la surface absorbait le revêtement, le rendant plus résistant aux dégâts d’eau.
De plus, les tests de résistance à la flamme se sont révélés prometteurs. Pendant l’exposition à des flammes directes, le bois traité a conservé sa forme et s’est auto-éteint 11 secondes après la disparition des flammes, ce qui était 90 % plus rapide que le bois non traité, ce qui montre une application possible pour les structures en bois dans les zones sensibles aux incendies de forêt.
Les surfaces en pierre revêtues observées pendant toute l’année ont démontré une stabilité à long terme, même dans des environnements extérieurs exposés à des températures allant de moins de zéro à plus de 100 degrés Fahrenheit, ce qui la rendrait idéale pour les monuments en pierre tels que les tombes.
Alors que la recherche visait à résoudre un problème du National Park Service, elle a également montré que le système de revêtement pouvait être appliqué encore plus largement. Les chercheurs ont actuellement un brevet en instance et travaillent à la fois sur les possibilités d’octroi de licences et de démarrage d’entreprise pour la commercialisation.
« Nous avons constaté que cela fonctionnait », a déclaré Sims en riant. « Si vous m’aviez demandé il y a un an, j’aurais dit que j’aurais été heureux si cela fonctionnait uniquement sur la pierre, mais nous avons constaté que cela fonctionnait sur bien plus que cela. »
Le travail est publié dans la revue Revêtements.
Plus d’information:
Cory B. Sims et al, Revêtements organo-silicium hybrides Tri-Cure pour la préservation des monuments, Revêtements (2022). DOI : 10.3390/revêtements12081098