Qu’est-ce que le test de rayonnement solaire sur les produits et les matériaux ?

On n'y pense jamais, mais de nombreux objets qui nous entourent sont exposés au soleil pendant plusieurs heures par jour. Le rayonnement solaire a un impact considérable sur de nombreux produits et matériaux que nous utilisons quotidiennement : du plastique des meubles de jardin aux sièges de voiture, en passant par les tissus d'habillement, pour ne citer que quelques exemples.

C’est pourquoi les tests de rayonnement solaire sont essentiels pour garantir la durabilité et la fiabilité de nombreux produits et sont utilisés dans divers secteurs de fabrication.

Aujourd'hui, nous allons décrire le test de rayonnement solaire et l'instrument de laboratoire avec lequel nous le réalisons : la chambre d'illumination. 

Qu'est-ce que le rayonnement solaire ?

Par rayonnement solaire, on entend l'énergie émise par le soleil sous forme de lumière, elle-même divisée en lumière visible, ultraviolette (UV) et infrarouge (IR). Bien qu'elle soit essentielle à la vie, une exposition prolongée au rayonnement solaire peut causer divers types de dommages aux matériaux. Par exemple, les rayons UV peuvent dégrader les molécules de polymères, rendant les plastiques cassants et sujets aux fissures, tandis que la lumière visible et infrarouge peut chauffer les matériaux, provoquant une dilatation thermique et des modifications structurelles. 

C’est pourquoi il est nécessaire de comprendre l’effet du rayonnement solaire sur chaque type de produit et de matériau et de mener une série de tests rigoureux afin de vérifier les limites et les éventuels défauts de conception.

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Tests de rayonnement solaire

Les différents tests de rayonnement solaire traitent précisément de cela.

Pour les réaliser, on utilise un instrument de laboratoire spécial appelé chambre d'illumination.

La chambre d'éclairage est un type particulier de chambre climatique paramètres d'humidité relative à l'intérieur, dispose de différents ensembles d'éclairage qui simulent l'exposition au rayonnement solaire.

Les procédures de test du rayonnement solaire sont définies par une série de normes publiées par des organismes internationalement reconnus, tels que l'ISO, l'Organisation internationale de normalisation.

Parmi celles-ci, on peut citer l'ISO 4892-2 et l'ISO 16474-1:2013, qui réglementent respectivement les essais d'exposition solaire des matières plastiques et des peintures et vernis.

Comment fonctionne le test de rayonnement solaire

Les tests de rayonnement solaire sont réalisés en plaçant un échantillon du produit ou du matériau testé et en l'exposant au rayonnement solaire pendant une période prédéterminée ou une série de cycles. 

D'accord, mais de quel type de rayonnement s'agit-il ?

Il existe plusieurs types de lampes qui simulent différentes intensités de rayonnement solaire. Les plus courantes sont les suivantes :

• Lampes UV (ultraviolettes) : comme leur nom l’indique, ces lampes émettent uniquement la partie ultraviolette du spectre lumineux. Elles servent à évaluer la dégradation des polymères, la perte d’élasticité et d’autres modifications physiques et chimiques induites par les rayonnements UV. Elles sont particulièrement utilisées pour tester les plastiques, les revêtements et les textiles.

• Lampes au xénon : Conçues pour reproduire l’intégralité du spectre solaire, y compris la lumière visible et une partie du rayonnement infrarouge, ces lampes permettent de tester la réaction des matériaux à la lumière solaire directe, notamment les changements de couleur, le vieillissement et la résistance thermique.

• Lampes fluorescentes : Ces lampes émettent une lumière simulant les conditions d’éclairage artificiel intérieur. Elles servent à tester les matériaux destinés aux environnements intérieurs, où l’ensoleillement direct est limité. Elles sont donc essentielles pour évaluer l’effet de l’éclairage artificiel sur les matériaux et produits destinés principalement à un usage en intérieur.

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Chambre d'illumination FDM

FDM – Environment Makers est un acteur incontournable du secteur des essais environnementaux depuis plus de 70 ans.

Nos chambres climatiques et environnementales peuvent être équipées de Solar Boxes pour effectuer tous les tests sur les produits et les matériaux conformément aux normes susmentionnées.

De plus, nos chambres d'éclairage peuvent être équipées de différents systèmes d'éclairage, modulables selon les besoins du client. Outre les lampes déjà mentionnées, les chambres d'éclairage FDM incluent également des lampes spécifiques pour la culture d'organismes, telles que BioLamp et ArabLamp. Ces dernières ont été spécialement conçues pour la culture d'Arabidopsis. Nous les avons présentées ici.

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Découvrez la solution FDM pour les tests de vieillissement solaire : notre chambre d’essai à lumière xénon simule le rayonnement solaire avec une lampe au xénon de 1 600 W, conforme aux normes ISO 11341 et ASTM G155.

Normes de référence

• Méthode 505.7 de la norme MIL-STD-810H — Procédures d'essai de rayonnement solaire (ensoleillement)
• CEI 60068-2-5 — Essai Sa : Rayonnement solaire simulé au niveau du sol
• ISO 4892-1/2/3/4 — Matières plastiques — Méthodes d'exposition aux sources lumineuses de laboratoire (xénon, arc au carbone, fluorescent UV)
• ASTM G155 — Pratique standard pour l'utilisation des appareils à arc au xénon
• SAE J1960 / SAE J2527 — Exposition accélérée des matériaux extérieurs automobiles (arc au xénon)
• ISO 105-B02 — Textiles — Solidité des couleurs à la lumière artificielle (arc au xénon)

Sources faisant autorité

• ASTM G155 — Norme relative aux appareils à arc au xénon.
• CEI 60068-2-5 — Simulation du rayonnement solaire au niveau du sol.
• OMM — Organisation météorologique mondiale — Données de référence sur l'irradiance globale.

Questions fréquemment posées sur les tests de rayonnement solaire

Quelle est la différence entre le test de rayonnement solaire et le test de photostabilité ICH ?

Le test de rayonnement solaire (MIL-STD-810 Méthode 505, IEC 60068-2-5) simule le spectre solaire complet (UV + Vis + IR, 300-3000 nm) avec un éclairement de 1120 W/m² et évalue la dégradation mécanique, thermique et chromatique des matériaux. Le test de photostabilité pharmaceutique (ICH Q1B) utilise uniquement le rayonnement UV-Vis (320-800 nm) avec une dose fixe de 1,2 million de lux·h + 200 Wh/m² d'UV pour mettre en évidence la photodégradation des molécules actives. Les applications et les durées diffèrent : rayonnement solaire = jours/semaines, photostabilité = 24 à 96 h.

Comment simule-t-on le rayonnement solaire dans une chambre climatique ?

Deux technologies principales : les lampes au xénon avec filtres de lumière du jour (spectre complet 290-3000 nm, plus réaliste mais plus coûteuse) et les lampes aux halogénures métalliques/HMI (haute puissance, généralement utilisées pour les tests de simulateurs photovoltaïques). Paramètres de contrôle : éclairement total (W/m²), distribution spectrale, température du panneau noir (BPT) jusqu’à 100 °C et température ambiante (25-55 °C). Les normes définissent les cycles lumière/obscurité (20 h allumé + 4 h éteint, MIL-STD-810) ou l’état stationnaire (IEC 60068-2-5).

Pour quels produits les tests sont-ils obligatoires ?

Automobile: Intérieurs de véhicules (volants, tableaux de bord, tissus de sièges) : tests au xénon et cycles SAE J2412 de 1 250 h. Extérieurs de véhicules: peintures, chromes, plastiques : tests SAE J2527 de 5 000 h. Bâtiment: Fenêtres, façades, peintures extérieures : tests EN ISO 11431. Textiles: Solidité des couleurs à la lumière : ISO 105-B02. Panneaux photovoltaïques: test UV IEC 61215 à 15 kWh/m². Produits pharmaceutiques: médicaments photosensibilisants : ICH Q1B

Quelle est la différence entre les simulateurs solaires de classe A, B et C ?

Classification des simulateurs photovoltaïques selon les normes IEC 60904-9 et ASTM E927 : Classe A : précision maximale (correspondance spectrale 0,75-1,25, uniformité ±2 %, stabilité ±2 %) – utilisée pour la qualification et la certification des modules. Classe B : précision intermédiaire (0,6-1,4 / ±5 % / ±5 %) – R&D et contrôle qualité. Classe C (0,4-2,0 / ±10 % / ±10 %) – criblage rapide. Un test de simulation solaire réalisé dans un laboratoire photovoltaïque certifié requiert une classe A ou AAA.