1. Principes et portée de la norme
L’ASTM D1922 est une méthode d’essai conçue pour déterminer la force moyenne nécessaire à la propagation d’une déchirure à travers une longueur spécifiée de film plastique ou de feuille mince non rigide, au moyen d’un testeur de déchirure de type Elmendorf. Elle s’applique aux films d’épaisseur nominale ne dépassant pas 0,25 mm (0,010 in.).
Le principe repose sur un pendule calibré fonctionnant par gravité. L’échantillon, maintenu par deux mors dont l’un est solidaire du pendule, est préalablement entaillé sur 20 mm par un couteau intégré à l’appareil. Le pendule est ensuite libéré et décrit un arc qui propage la déchirure sur les 43 mm restants. L’énergie consommée lors de cette propagation est mesurée par la perte d’énergie cinétique du pendule.
Il est important de noter que cette méthode mesure exclusivement la propagation de la déchirure, et non son amorçage. La déchirure est déjà initiée par l’entaille mécanique avant le début de la mesure. La norme ne prédit donc pas le comportement du film face à une perforation ou un impact, mais caractérise sa résistance à la progression d’un défaut existant.
1.1 Mesure de la résistance à la propagation de la déchirure
L’essai fournit une valeur de force de déchirure exprimée en millinewtons (mN) ou en grammes-force (gf), accompagnée de l’épaisseur de l’échantillon. La vitesse de déchirure, variable selon la résistance du matériau, se situe typiquement entre 7,6 et 46 m/min (300 à 1 800 in./min), ce qui est nettement supérieur aux vitesses d’essai en traction classique.
Deux types d’éprouvettes sont définis par la norme : une éprouvette rectangulaire et une éprouvette à rayon constant. Cette dernière est l’éprouvette de référence (referee specimen), car elle assure une longueur de déchirure constante indépendamment de la trajectoire de propagation, réduisant la variabilité des résultats.
1.2 Distinction avec les méthodes d’essai connexes
La confusion entre les différentes normes de déchirure est fréquente. La différence fondamentale porte sur la propriété mesurée et la cinématique de l’essai :
| Norme | Propriété mesurée | Cas d’usage |
|---|---|---|
| ASTM D1922 | Force moyenne de propagation de la déchirure (méthode pendulaire Elmendorf) | Classement et comparaison de films, contrôle qualité |
| ASTM D1004 | Force d’amorçage de la déchirure (essai Graves, vitesse de 50 mm/min) | Évaluation de la résistance à l’initiation d’une déchirure |
| ASTM D1938 | Force de déchirure en traction (essai trouser tear) | Caractérisation complète : amorçage et propagation |
| ISO 6383-2 | Résistance à la déchirure par pendule (méthode Elmendorf, équivalent international) | Échanges internationaux, conformité CE |
Les résultats issus de ces différentes méthodes ne sont pas interchangeables en raison des différences de géométrie d’éprouvette, de vitesse de sollicitation et de propriété mesurée.
2. Rôle dans l’évaluation des films d’emballage
2.1 Classement des performances de déchirure
L’ASTM D1922 est largement utilisée comme indice de référence pour classer la résistance à la déchirure des films plastiques dans les applications d’emballage. Pour des films d’épaisseur comparable, elle permet un classement objectif des matériaux : polyéthylène basse densité (PEBD), polyéthylène haute densité (PEHD), polypropylène (PP), polyester (PET), polyamide (PA), et leurs complexes multicouches.
Les résultats sont systématiquement rapportés dans les deux directions principales du film : sens machine (MD) et sens travers (TD). Le ratio MD/TD constitue un indicateur clé de l’anisotropie du matériau, directement lié aux conditions d’extrusion et d’étirage.
2.2 Contrôle qualité en production
En ligne de production, l’essai Elmendorf sert de contrôle statistique pour détecter les dérives de procédé (variation de température d’extrusion, taux d’étirage, contamination de la matière première). Une chute soudaine de la résistance à la déchirure dans le sens travers peut signaler un problème d’étirage excédentaire ou une mauvaise homogénéité de la masse fondue.
2.3 Limites d’interprétation
La méthode présente des limites reconnues, notamment sur les films très extensibles. Les principaux écueils à éviter :
- Sur les films hautement extensibles (certains PEBD, films étirables), l’élongation variable et la déchirure oblique réduisent la reproductibilité des résultats et empêchent leur utilisation comme outil précis de contrôle de production.
- Comparer des résultats obtenus sur des épaisseurs différentes sans normalisation (la force de déchirure dépend directement de l’épaisseur).
- Utiliser les résultats D1922 pour prédire la résistance à la perforation ou au choc (mesurée par ASTM D1709 ou ASTM F1306).
Important : L’ASTM D1922 ne doit être utilisée pour les essais d’acceptation de spécifications qu’après avoir démontré que les données pour le matériau considéré sont acceptablement reproductibles.
3. Procédure d’essai
3.1 Préparation des échantillons
Les échantillons sont conditionnés conformément à l’ASTM D618 (généralement 23 ± 2 °C, 50 ± 10 % HR, pendant au moins 40 heures). Un minimum de 10 éprouvettes est découpé dans le sens machine (MD) et 10 éprouvettes dans le sens travers (TD). L’épaisseur de chaque éprouvette est mesurée au micromètre, au micromètre près. L’éprouvette de référence est celle à rayon constant, d’une largeur de 63 mm et d’une longueur de déchirure de 43 mm.
3.2 Dispositif d’essai et déroulement
L’essai est réalisé à l’aide d’un testeur de déchirure de type Elmendorf. L’appareil se compose d’un pendule calibré, de deux mors de serrage (l’un fixe, l’autre solidaire du pendule) et d’un couteau d’entaille. La procédure se déroule en quatre étapes :
- L’éprouvette est positionnée et serrée entre les deux mors, parfaitement alignée.
- Le couteau intégré réalise une entaille de 20 mm, créant une amorce de déchirure qui s’arrête à 43 mm du bord opposé.
- Le pendule est relâché depuis sa position haute. En décrivant son arc, il écarte le mors mobile du mors fixe, propageant la déchirure à travers l’éprouvette.
- L’énergie absorbée par la déchirure est lue sur l’échelle de l’appareil ou enregistrée numériquement, et convertie en force moyenne de déchirure.
L’étalonnage du pendule est vérifié régulièrement. La capacité du pendule doit être choisie de sorte que la valeur mesurée se situe entre 20 et 80 % de l’échelle, zone où la précision est optimale.
3.3 Collecte et analyse des données
Les données sont enregistrées pour chaque éprouvette et analysées statistiquement. Les paramètres clés rapportés sont :
| Paramètre | Description |
|---|---|
| Force de déchirure MD | Force moyenne de propagation dans le sens machine (en mN ou gf) |
| Force de déchirure TD | Force moyenne de propagation dans le sens travers (en mN ou gf) |
| Épaisseur | Épaisseur moyenne de l’éprouvette (en μm) |
| Ratio MD/TD | Indicateur d’anisotropie du film, lié aux conditions de transformation |
| Écart-type | Mesure de la dispersion des résultats, indicateur de reproductibilité |
| Type de déchirure | Rectiligne, oblique ou avec élongation excessive (influe sur la validité) |
Toute déchirure oblique ou présentant une élongation excessive doit être signalée dans le rapport d’essai, car elle peut invalider la mesure ou réduire significativement sa reproductibilité.
4. Cadre réglementaire et applications industrielles
4.1 Références normatives et réglementaires
La norme ASTM D1922 s’inscrit dans un écosystème normatif plus large. Les principales références croisées :
- 49 CFR § 171.7 (DOT, États-Unis) : la norme est incorporée dans la législation fédérale américaine relative au transport de matières dangereuses.
- ISO 6383-2 : méthode équivalente au niveau international pour la détermination de la résistance à la déchirure par pendule, facilitant les échanges commerciaux.
- ASTM D882 : souvent réalisée en complément pour les propriétés en traction (résistance, allongement, module) du même film.
- ASTM D1709 : essai d’impact par fléchette (dart drop), complémentaire pour évaluer la résistance aux chocs plutôt qu’à la déchirure.
La version en vigueur est la D1922-15(2020), développée par le sous-comité D20.19 de l’ASTM International.
4.2 Applications sectorielles
Emballage alimentaire
La résistance à la déchirure est un critère critique pour les films alimentaires : trop faible, le film se déchire accidentellement pendant le conditionnement ou le transport ; trop élevée, l’ouverture par le consommateur devient difficile. L’ASTM D1922 permet d’optimiser cet équilibre, particulièrement sur les films PEBD et complexes multicouches utilisés pour le flow-pack, le sachet et l’operculage.
Films industriels et agricoles
Les films d’étirement (stretch wrap), les bâches agricoles et les films de protection sont soumis à des sollicitations mécaniques répétées. La mesure de la déchirure dans les deux directions (MD et TD) garantit que le film résiste à la propagation de défauts causés par des asprités, des arêtes vives ou des perforations accidentelles.
Films médicaux et pharmaceutiques
Les films barrière utilisés pour le conditionnement stérile (blisters, sachets pelables) doivent respecter des seuils de déchirure précis : suffisamment résistants pour garantir l’intégrité de l’emballage, tout en permettant une ouverture contrôlée par le personnel soignant.
5. Bonnes pratiques pour des essais fiables
5.1 Choix du laboratoire
La fiabilité des résultats dépend directement de la compétence du laboratoire. Les critères de sélection :
- Accréditation ISO/IEC 17025, garantissant la compétence technique et la traçabilité métrologique.
- Équipement calibré : testeur Elmendorf avec pendules de capacités adaptées, couteau d’entaille entretenu (un couteau émoussé modifie l’amorce et fausse les résultats).
- Expérience démontrée sur les types de films concernés, avec une connaissance des comportements spécifiques (déchirure oblique, élongation excessive).
- Maîtrise du conditionnement : les résultats sont sensibles aux conditions de température et d’humidité ; un contrôle rigoureux de l’environnement de test est indispensable.
5.2 Recommandations pratiques
Pour maximiser la valeur des essais D1922 :
- Toujours tester dans les deux directions (MD et TD) pour caractériser l’anisotropie du film.
- Choisir la capacité du pendule de sorte que les lectures se situent entre 20 et 80 % de l’échelle, pour garantir la précision.
- Vérifier systématiquement le type de déchirure obtenu : une déchirure oblique ou une élongation excessive doit être signalée et peut nécessiter un changement de méthode.
- Normaliser les résultats par l’épaisseur lorsque l’on compare des films de grades différents, en rapportant la force de déchirure en mN/μm.
- Pour les films extensibles (PEBD, films étirables), envisager l’ASTM D1938 (essai trouser tear) comme complément ou alternative, offrant une meilleure reproductibilité sur ces matériaux.
L’emballage alimentaire, les films industriels et agricoles, le conditionnement médical et pharmaceutique, ainsi que les films techniques (optiques, électroniques) sont les principaux secteurs utilisateurs. Tout secteur où l’intégrité du film est critique bénéficie de cette norme pour la sélection des matériaux et le contrôle de production.