Le mélange des résines Paraloid B72 et B44 : étude de la résistance mécanique de l’adhésion sous l’influence de la température
Louis LECOUBET[1], Louise VUILLERMOZ[2], Maroussia DURANTON[3], Mandana SAHEB-DJAHROMI[4]
La résine Paraloid® B72, communément appelée « B72[5] », appartient à la famille des acryliques (copolymère de méthacrylate d’éthyle et acrylate de méthyle[6]). Elle est fréquemment utilisée en conservation-restauration depuis les années 1950[7] en raison de ses nombreux avantages. Cette résine, incolore et transparente, est soluble dans les cétones, esters et hydrocarbures aromatiques, et diluable dans les alcools. Elle est commercialisée sous forme pure et solide, ce qui lui permet d’être facilement préparée avec un solvant et en des proportions adaptées aux besoins de l’utilisateur. Facilement réversible, elle présente une bonne résistance à la lumière et aux variations hygrométriques, et un bon comportement au vieillissement. Cette résine thermoplastique possède la propriété de se ramollir à la chaleur et de retrouver un état solide au refroidissement. Cependant, la température à laquelle elle commence à se ramollir, appelée température de transition vitreuse (Tg), est relativement faible (40 °C) ce qui peut poser problème pour une utilisation en conservation-restauration dans des zones non climatisées ou des milieux tropicaux[8].
Pour pallier à cette faiblesse, une pratique d’atelier consiste à ajouter au B72 du Paraloid B44[9]. Ce dernier (copolymère de méthacrylate de méthyle et d’acrylate d’éthyle[10]) possède les mêmes avantages et domaine de solubilité que le B72. Sa Tg est cependant de 60 °C[11], ce qui le rend plus cassant[12]. Le mélange de ces deux résines permettrait d’amoindrir la rigidité du B44, et d’augmenter la Tg du B72[13].
Si la Tg et les propriétés mécaniques de ce mélange de résines ont fait l’objet de quelques études[14] séparées, aucune ne semble s’être attachée à confronter ces deux facteurs. Ces deux paramètres sont pourtant indissociables dans la compréhension des contraintes exercées sur un joint de collage. Cette étude s’intéresse à la notion de fluage, phénomène décrivant la déformation lente et continue d’un matériau, dépendant à la fois de la température, de la contrainte et de la durée d’exposition. L’expérimentation compare les Paraloid B72, B44 et leur mélange afin de dégager les tendances du comportement de ces résines dans le temps lorsqu’elles sont soumises à la chaleur et à une contrainte mécanique constante.
Méthodologie et conditions d’évaluation
L’expérimentation est réalisée sur des éprouvettes en biscuit de faïence, collées avec du B72, avec du B44 ou au moyen d’un mélange des deux à parts égales (appelé « mélange 50/50 »), en solution à 40 % dans l’acétone. Deux autres mélanges ont été testés (une part de B72 pour trois parts de B44, et inversement). Les résultats de ces deux mélanges ne seront pas évoqués dans cet article. Les éprouvettes, toutes identiques, sont de section trapézoïdale (hauteur : 0,5 cm ; grande base : 3 cm ; petite base : 2,5 cm) et de forme rectangulaire (7 cm de long). Elles sont cassées en deux dans le sens de la largeur avant d’être collées par contact avec les résines testées et de sécher à la verticale pendant treize semaines.

tableau 1. Récapitulatif des paramètres pour les protocoles d’expérimentation.
En guise de simulation des contraintes pouvant être exercées sur un joint de colle dans la réalité, les éprouvettes sont soumises à des contraintes thermique et mécanique [tabl. 1]. La contrainte thermique est appliquée en plaçant les éprouvettes dans une enceinte chauffante. La température de résistance des collages est éprouvée par augmentation de 2 °C toutes les quinze minutes, sur une plage allant de 10 °C en-dessous de la Tg[15] à 20 °C au-dessus de la Tg (expérience A). La résistance des collages sur la durée, à contrainte thermique constante, est testée en plaçant les éprouvettes dans une étuve à 50 °C pendant sept heures (expérience B). La contrainte mécanique, est exercée par l’application d’une masse (nulle, 1,5 kg ou 2,5 kg) en cisaillement et/ou en traction seule [fig. 1].

figure 1. a. Schématisation des systèmes utilisés pour exercer une contrainte de traction… b. … et une contrainte de cisaillement. © dessin Lecoubet, Vuillermoz / Inp.
L’évolution des joints de collage au cours du test est documentée par la prise de photographies, à intervalle régulier (toutes les 15 ou 30 minutes selon l’expérience). Grâce à des repères tracés au préalable sur les éprouvettes, ces photographies peuvent être comparées. L’utilisation de logiciels informatiques (Image J et Adobe Photoshop) permet de définir précisément la durée ou la température entraînant un début de déformation, voire une rupture des collages [fig. 2].

figure 2. Traitement informatique des photographies. a. Mesure de l’angle des repères tracés sur les éprouvettes en cisaillement, à l’aide du logiciel Image J. b. Superposition des différentes images des éprouvettes en traction, au moyen du logiciel Photoshop. © images Lecoubet, Vuillermoz / Inp.
Résultats et discussions
Expérience A : Influence de la contrainte thermique
Aucune des éprouvettes sans masse ajoutée ne présente de déformation ou de rupture, que ce soit en traction ou en cisaillement, malgré le dépassement de 10 °C de la Tg respective de chaque mélange. Les déformations des adhésifs débutent généralement au-dessus de leur Tg [fig. 3]. Les éprouvettes rompent à une température également supérieure à leur Tg. Cependant, les trois éprouvettes de B44 en cisaillement, soumises à une masse de 3,5 kg, ont rompu lors de leur installation (à température ambiante) : ces ruptures sont probablement imputables à la fragilité de la résine Paraloid B44. Les résultats de ce test montrent que les éprouvettes en cisaillement se déforment et rompent à des températures plus basses que les éprouvettes en traction.
La température de déformation des éprouvettes augmente avec la proportion de B44. Le mélange testé présente des propriétés mécaniques intermédiaires entre les deux résines pures : la température de déformation d’une part, la souplesse d’autre part. Plus la proportion de B44 dans le mélange est importante, plus la température de déformation semble élevée et la résine cassante.

figure 3. Expérience A : moyenne des températures de déformation et de rupture de l’adhésion en fonction de la contrainte mécanique et de la résine employée.
Expérience B : influence de la durée d’exposition
Le graphique de la figure 4 présente la durée d’exposition des éprouvettes en enceinte chauffante avant déformation et/ou rupture. Toutes les éprouvettes subissent une déformation. Elle est observée dès 0,5 h[16] pour le B72, présentant une Tg en dessous de la température de l’enceinte chauffante. Pour les éprouvettes collées avec le mélange à parts égales, dont la Tg correspond à la température du protocole[17], la déformation commence, en moyenne, après 3 heures. Pour les éprouvettes de B44, les déformations apparaissent après 1,25 heure alors que l’expérience s’est déroulée à une température 10 °C en dessous de leur Tg. Les ruptures se produisent toutes entre 1 et 2 heures après le début des déformations.
La durée d’exposition des éprouvettes soumises à une contrainte thermique apparaît comme un facteur important pour la lecture des résultats. La comparaison des figures 3 et 4 révèle qu’au cours de l’expérience B certaines éprouvettes se déforment à une température inférieure à celle de l’expérience A.

figure 4. Expérience B : moyenne du temps nécessaire à la déformation et rupture de l’adhésion en fonction de la résine employée, sur des éprouvettes soumises à une contrainte de traction de 2,5 kg et à une température constante de 50 °C.
Influence de la contrainte mécanique
Outre la température et la durée d’exposition, ces déformations sont également à mettre en relation avec la force et le type de contrainte exercée. Dans le cadre de ce protocole expérimental, les forces appliquées sur les éprouvettes sont élevées afin d’obtenir des résultats visibles dans un temps court (entre 4 et 7 heures). La force des contraintes appliquées au joint de collage joue un rôle dans la vitesse d’apparition de la déformation.
Les éprouvettes soumises à une contrainte de cisaillement se déforment et rompent à des températures plus basses que les mêmes éprouvettes soumises à une contrainte de traction. La rupture semble donc plus aisée en cisaillement qu’en traction.
Limites du protocole et analyse critique
La réalisation d’un protocole par courts paliers progressifs montre que la température de déformation n’est pas un paramètre univoque de la nature de la résine. Elle dépend également de la force exercée et de la durée de la sollicitation. Ces tests empiriques ne sauraient remplacer les appareils de mesures mécaniques de laboratoire, mais permettent néanmoins de dégager certaines tendances (augmentation de la température de déformation du mélange par adjonction de B44, impact de la durée d’exposition dans les mesures de Tg, influence de la contrainte mécanique sur la résistance des joints de collage).
D’autres facteurs peuvent également avoir une incidence dans ces résultats. L’impact de la rétention des solvants, pouvant jouer le rôle de plastifiant et modifier les propriétés mécaniques des résines, n’a, par exemple, pas pu être pris en compte dans la mise en place de ce protocole expérimental[18].
Conclusion
Le mélange de Paraloid B72 et B44 est utilisé de manière empirique en conservation-restauration depuis plusieurs années pour pallier aux faiblesses des deux résines seules (faible Tg d’une part, et rigidité de l’autre). Ce protocole d’étude expérimentale a permis de vérifier les tendances qui se dégagent dans les études récentes à propos de l’influence de la température sur les propriétés mécaniques de ces résines et leurs mélanges. La Tg du mélange augmente avec la proportion de B44 en même temps que le mélange devient plus cassant. Elle a également permis de mettre en avant l’influence du temps d’exposition à la chaleur sur la déformation.
Une étude complémentaire pourrait permettre de définir des fenêtres de températures plus fines auxquelles ces résines peuvent être utilisées, sans craindre de déformations ou de ruptures sur le long terme. De même, une étude comparative des différents mélanges en contexte réel permettrait une meilleure compréhension des mécanismes du fluage et de ses risques en conservation-restauration.
Dans le cadre de cette étude, nous avons choisi de réaliser nos tests sur un substrat en faïence. Les tendances observées pourraient tout à fait être applicables à d’autres matériaux.
Remerciements
Nous tenons à remercier chaleureusement,
pour le partage de leurs recherches, ayant permis d’orienter nos choix d’expérimentations : Laure Chambert-Loir (Cité de la Céramique, Sèvres), Sophie Genin (indépendante) et Armand Vinçotte (laboratoire Arc’Antique) ;
pour les conseils et l’encadrement de cette expérimentation : Véronique Rouchon (Centre de recherche sur la conservation des collections), Véronique Vergès-Belmin (Laboratoire de recherche des Monuments historiques), Éléonore Kissel (musée du quai Branly – Jacques-Chirac) et le laboratoire de l’Institut national du patrimoine dans son ensemble ;
pour son soutien et sa confiance : Martine Bailly (Institut national du patrimoine) ;
pour l’aide technique et financière apportée à la réalisation de notre projet : le personnel de l’Inp, et notamment Alexandre Deshayes, Anne Gouzou, Patrick Noblet, Jacques Pogu et Marion Vincent.
[1] Élève restauratrice, spécialité arts du feu, céramique, verre et émail, département des Restaurateurs de l’Institut national du patrimoine.
[2] Élève restauratrice, spécialité arts du feu, céramique, verre et émail, département des Restaurateurs de l’Institut national du patrimoine.
[3] Laboratoire de recherche, département des Restaurateurs de l’Institut national du patrimoine.
[4] Laboratoire interuniversitaire des systèmes atmosphériques (Lisa), UMR 7583, CNRS, université Paris-Est-Créteil, université de Paris, Institut Pierre-Simon-Laplace, Créteil, France.
[5] Cette appellation sera utilisée dans la suite de l’article.
[6] Voir la fiche technique du produit fournie par la firme productrice Rohm and Haas.
[7] Jessica BETZ, « The influence of glass transition temperatures on the performance of acrylic thermoplastic adhesives », mémoire de thèse soutenue à l’University Graduate School of Architecture, Planning and Conservation (Columbia, New York, 2017).
[8] Stephen KOOB, « The use of Paraloid B-72 as an adhesive. Its application for archeological ceramics and other materials », Studies in conservation, vol. 31, no 1, 1986, p. 7-14 [disponible en ligne], https://www.researchgate.net/publication/272321584_The_Use_of_Paraloid_B-72_as_an_Adhesive_Its_Application_for_Archaeological_Ceramics_and_Other_Materials [lien valide en octobre 2021].
[9] Comme pour le B72, l’appellation « B44 » sera privilégiée pour cette résine.
[10] Voir la fiche technique du produit.
[11] Hanneke RAMAKERS, « Paraloid B44: studio tests for the reconstruction of a Tang dynasty model of a horse », in Hannelore ROEMICH & Kate van LOOKEREN CAMPAGNE, Recent Advances in glass, stained-glass, and ceramics conservation, 2013, actes du colloque « Icom Committee for Conservation (Icom-CC). Glass and Ceramics Working Group. Interim meeting, and Icomos International Scientific Committee for the Conservation of Stained Glass (Corpus Vitrearum-Icomos) » (Amsterdam, 2013), Zwolle, Spa Uitgevers, 2013, p. 61-68.
[12] Stéphanie NISOLE, « Étude et restauration de trois maisons d’âme. L’emploi des résines synthétiques pour le remontage des terres cuites, une étude comparative de quelques résines acryliques », mémoire de fin d’étude soutenu à l’Institut national du patrimoine (Paris, 1997).
[13] Armand VINÇOTTE, Emmie BEAUVOIT, Nicolas BOYARD & Élodie GUILMINOT, « Effect of solvent on Paraloid B72 and B44 acrylic resins used as adhesives in conservation », Heritage Science, vol. 7, 2019 [en ligne], https://heritagesciencejournal.springeropen.com/articles/10.1186/s40494-019-0283-9 [lien valide en octobre 2021]
[14] Armand VINÇOTTE, Emmie BEAUVOIT, Nicolas BOYARD & Élodie GUILMINOT, 2019. Jessica BETZ, 2017. Laure CHAMBERT-LOIR, « La collection des Animaux de Meissen. Étude et restauration des oiseaux. Recherche appliquée au collage de la porcelaine dure avec des adhésifs thermoplastiques », mémoire de fin d’études soutenu à l’université Paris I Panthéon-Sorbonne (Paris, 2016). Sophie GENIN, « Étude comparative des Paraloid B72 et B44 purs ou en mélanges, adaptés au collage de la porcelaine et du verre », mémoire de fin d’études soutenu à La Cambre (Bruxelles, 2015).
[15] Tg B72 = 40 °C ; Tg mélange 50/50 = 50 °C ; Tg B44 = 60 °C (Armand VINÇOTTE, Emmie BEAUVOIT, Nicolas BOYARD & Élodie GUILMINOT, 2019).
[16] Les photographies de cette expérience ayant été prises toutes les 30 minutes, la précision de ces résultats est de ± 0,5 heure.
[17] Armand VINÇOTTE, Emmie BEAUVOIT, Nicolas BOYARD & Élodie GUILMINOT, 2019.
[18] Armand VINÇOTTE, Emmie BEAUVOIT, Nicolas BOYARD & Élodie GUILMINOT, 2019.
OpenEdition vous propose de citer ce billet de la manière suivante :
INP (25 octobre 2021). Le mélange des résines Paraloid B72 et B44 : étude de la résistance mécanique de l’adhésion sous l’influence de la température. Variations patrimoniales. Le carnet de l’INP. Consulté le 13 février 2025 à l’adresse https://doi.org/10.58079/qd0o