Actualités techniques et industrielles

5Matériaux & techniques n° 1 2011

Événement

Suite aux nouvelles directives européennes et nationales, les acteurs industriels sont aujourd’hui contraints deremplacer les composés toxiques, tel que le chrome VI. Dans cette optique, les partenaires français et wallonsont traité, au travers d'une journée thématique la problématique de la corrosion, des traitements de protectionactuels des innovations à venir, dont la technologie sol-gel développée dans le programme INTERREG IV transfrontalier HYBRIPROTECH.

L'anti-corrosion : les défis des entreprisesPar Lilian BADER

CRITT-MDTS, 3 Boulevard Jean Delautre - ZHT du Moulin Leblanc, 08000 Charleville-Mézières, FranceContact : l.bader@critt-mdts.com

Dans le cadre du programme HYBRIPROTECH et plus particu-lièrement l’axe métallique au tra-

vers duquel sont développés des revête-ments de type couches minces pour lasubstitution du chrome VI, le CRITT-MDTS et ses partenaires le CERTECH et le GEGENA² ont organisé le 24 mars 2011la journée thématique « L’anticorrosion :les défis du futur ». Au travers de cettejournée ouverte aux industriels et aux uni-versitaires, les mécanismes de la corrosionainsi que les différents traitements de sur-face avec ou sans chrome VI ont été pré-sentés. Deux industriels de tailles diffé-rentes, ont abordé dans leurs interventionsles démarches entreprises pour supprimerles chromates dans leurs traitements desurfaces. Cette journée a aussi permis defaire découvrir aux industriels la techno-logie du sol-gel et ses applications. Ce procédé de chimie douce est connu des laboratoires et des universités depuis desannées mais peu du grand public.

Mécanismes de corrosion,systèmes de protection et vieillissement accéléréCentre de recherche et d’expertise spé-

cialisé dans les matériaux, les dépôts etles traitements de surfaces, le CRITT-MDTS a réalisé un état de l’art de la cor-rosion abordant les mécanismes de corro-sion et les systèmes de protection. Ainsi,l’exposé a permis de suivre l’évolution

de quatre grandes familles de matériauxprésentant leurs propriétés, leurs diffé-rents types de corrosion et les solutionspour combattre ce phénomène. Ces famil -les sont :– les aciers non alliés : ces aciers dits deconstruction ne contiennent pas ou peud’éléments chimiques capables de les ren-dre naturellement résistants à la corrosion ;– les aciers inoxydables : alliages à base defer, contenant au moins 12 % de Cr, résistaà un grand nombre de milieux corrosifs ;– les alliages d’aluminium : ces alliages se dissolvent en milieu acide et alcalin. Ilssont naturellement passivés en milieu dontle pH est compris entre 4 <pH< 9 ;– les alliages de titane : ces alliages résis-tent à la corrosion grâce à la formation naturelle d’une couche protectrice majori-tairement constituée de TiO2. Elle est auto-cicatrisante, continue, isolante et adhé-rente.

Les quatre familles de matériaux sonttrès différentes et possèdent des méca-nismes de corrosion disparates. Les aciersnon alliés sont sensibles à la corrosion généralisée, ils se corrodent sur toute lasurface de la pièce. Cependant, si le maté-riau est hétérogène, la corrosion peut alorsprésenter un caractère localisé. Quant auxaciers inoxydables, aux alliages de titane etd'aluminium, le phénomène de corrosionest plutôt localisé.

Pour lutter contre la corrosion, plu-sieurs traitements de surface existent : destraitements chimiques comme la phos-phatation ou la chromatation, des traite-ments électrochimiques comme le cui-vrage, le nickelage, l’anodisation ou lechromage ou d’autres traitements commela galvanisation ou l’étamage qui consis-tent à immerger la pièce à traiter dans unbain de métaux fondus. Le traitement PVD(Physical Vapor Deposition), le plaquageou la peinture permettent aussi de luttercontre la corrosion.

Alternatives aux traitementsde surfaces chromatés dans l'aéronautique

Quelques solutions alternatives aux traitements de surfaces chromatés ont étéprésentées par la SONACA (SOciété NA-tionale de Construction Aéronautique),une société de 2000 personnes qui fabrique des structures aérospatiales telles que desbords d’attaque, des fuselages et des volets.

Fig. 1 : Illustration d'une corrosion transcristallineet intercristalline d’un alliage d’aluminium.

Corrosion transcristalline Corrosion intercristalline

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Parmi les solutions proposées, les trai-tements à base de chromates ont été rem-placés par des traitements d’anodisationsulfo-tartriques ou sulfo-phosphoriquesqui nécessitent des modifications pro-fondes des lignes de traitement de sur-face. Assez souvent, ces modifications,très onéreuses, sont dues à l’intégrationde nouvelles étapes de rinçage, qui nesont pas forcement pr évues sur les lignes« classiques » de traitement. Ces solutionsrépondent aux cahiers des charges impo-sés en terme de protection contre la corrosion et d’adhérence de la peinture.Pour minimiser les risques de corrosion,la société étudie soigneusement la concep-tion de ces équipements et de ces assem-blages, avec une réflexion globale sur lechoix des matériaux et des configurationsgéométriques défavorables (Fig. 2). Ainsi,la concentration des contraintes par deschangements brusques des sections, l’ac-cumulation des fluides ou la formationde couples galvaniques entre matériauxdifférents, sont évités pour ne pas amor-cer et accroître la vitesse de corrosion del’équipement.

Substitution du chrome VI :la démarche d'une TPE

Colin Milas, une TPE ardennaise de 13 personnes, a présenté sa démarchepour substituer le chrome VI. Cette subs-titution vient d’une demande de ses don-neurs d’ordres souhaitant un revêtementavec les caractéristiques suivantes :– mêmes propriétés mécaniques ;– respectant les réglementations euro-péennes (RoHS, REACH ...) ;

– fiable et approuvé par le monde indus-triel ;

– à un prix raisonnable. Malgré ces nombreuses recherches,

l'entreprise rencontre des difficultés poursubstituer le chrome VI. De leur coté, les sous-traitants, soumis aux mêmecontraintes environnementales sont demoins en moins nombreux et ont peu derecul sur les nouveaux traitements de surfaces proposés. Cependant, des solu-tions alternatives à base de CrIII em-ployées à la place d’un zingage bichro-matage, semblent satisfaisantes en termesde tenue au brouillard salin.

Le sol-gel au service des nouveaux matériaux La technologie du sol-gel (Fig. 3) per-

mettant de réaliser des fibres, des poudres,des verres et des couches minces, a été présentée par le CERTECH, Centre de Ressources Technologiques en Chimie. Ceprocédé de « chimie douce » permet de fabriquer des polymères inorganiques ouhybrides par des réactions chimiques sim-ples et à basse température (20 à 150 °C),alors que la fabrication des verres ou descéramiques nécessite de très hautes tem-pératures et des réactifs solides.

Le principe de base du procédé sol-gelest le suivant : une solution à base de précurseurs en phase liquide, « le sol », setransforme en un réseau tridimensionnelà viscosité infinie (solide), « le gel », par unensemble de réactions chimiques (hydro-lyse et condensation), le plus souvent àtempérature ambiante.

Le sol est une solution organique acideou basique contenant des alcoolates (alko -xydes) de formule M(OR)n où M est unmétalloïde et R est un groupe organiquealkyle (CnH2n+1). En fonction du type de métalloïde utilisée, les propriétés dusol-gel seront différentes.

Une fois la solution partiellement hydrolysée, les groupes OH générés aucours de l’hydrolyse vont créer pendant

la condensation des ponts métalloxane M-O-M. Cette réaction entraine la gélifi ca-tion de la solution. La gélification complètepeut prendre plusieurs heures suivant lesparamètres : le pH, le type de précurseur, latempérature, les solvants. La solution peutfacilement être manipulée pour réaliser unfilm sur une pièce, des verres ou des pou-dres. Une fois polymérisé, il existe diffé-rentes méthodes pour sécher le gel : – xérogel : le gel peut être séché dans desconditions douces. Il durcira en se com-pactant ;

– aérogel : le gel peut être séché dans desconditions supercritiques pour formerun gel très peu compact.Cette technologie est applicable par dip-

coating, roll-coating, spray-coating ou spin-coating, ce qui permettra de l’utiliser dansde nombreuses applications comme les re-vêtements anti-rayures des verres de lunet -tes ou les revêtements autonettoyants.

Corrosion et anticorrosion :une approche systémique L’INSA de Lyon a présenté l’approche

systémique permettant d’anticiper et doncde limiter la corrosion des pièces. Avec cetteapproche, le concepteur peut donc lutter

Fig. 2 : Exemple de configurations permettant ledrainage de l'eau.

Fig. 3 : Schéma de mécanisme du sol-gel.

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contre la corrosion de manière préventiveen connaissant les propriétés électrochi-miques, thermodynamiques et en utilisantle matériau le plus approprié en fonctiondu milieu d’utilisation.

L’un des points importants pour éva-luer le risque de corrosion est de connaîtreles lois de l’électrochimie. En effet, pouramorcer la corrosion, il faut : un couple, unélectrolyte formant une pile et des élec-trons circulant du réducteur vers l’oxy-dant au sein de l’électrolyte. Si l’un de ceséléments est absent, il n’y a pas corrosion.

Deux réflexions sont donc nécessairespour anticiper le risque de corrosion :– la réflexion thermodynamique qui per-met, à l’aide de différents outils commeles diagrammes de Pourbaix ou d’El-lingham, de prévoir la stabilité d’un mé-tal pour différents milieux, températureset pressions ;

– la réflexion cinétique pour connaître lavitesse de corrosion de la réaction.Il faut aussi tenir compte de la mor-

phologie du dépôt. En effet, un dépôt discontinu, ou possédant des défauts decroissance n’a pas une bonne tenue à lacorrosion.

La porosité du revêtement a aussi uneinfluence sur sa tenue à la corrosion. Eneffet, des pores connectifs au sein du revêtement vont entraîner une corrosiondu revêtement ou du substrat.

Cette journée thématique a rassemblédes industriels et des universitaires autour

d’un même sujet « la corrosion ». Les ex-pé riences de chacun ont montré qu’iln’existait pas de solution universelle pourlutter contre ce phénomène, chaque casest particulier et nécessite une approchepersonnalisée. Qui plus est, l’apparitionde nouvelles réglementations européen -nes incite au développement de nouvellesprotections plus « écologiques ».

Le domaine de la lutte contre la corro-sion restera donc sans aucun doute, etceci durant encore de nombreuses années,un axe de recherche et de développementtrès important et en perpétuelle évolu-tion, qu’il s’agisse de l’optimisation deprocédés actuels tel que la galvanisationou bien de recherches dans le domainedes sol-gels en particulier.

Programme HYBRIPROTECHLe programme HYBRIPROTECH est un pro-

gramme européen de coopération transfron-

talière INTERREG IV, co-financé par le FEDER,

le Conseil Régional Champagne-Ardenne, le

Conseil Général des Ardennes, le Conseil

Général de la Marne et la région Wallone. Il

a pour objectifs la mise au point de nouveaux

revêtements basés sur la technologie Sol-Gel

dans les deux secteurs d’activités :

– métallurgie : substitution du Cr VI ;

– bâtiment : préservation de la pierre.

Bien que les domaines d’application puissent

paraître relativement éloignés, ils font appel

Àl’issue d’une analyse approfondie et documentée, prenant en compte les enjeux techniques,économiques, sociaux et environnementaux de la raréfaction des métaux, les auteurs mettent à

mal les mythes de l’abondance, de la croissance verte et d’une technologie forcément salvatrice. Les métaux posent aussi les limites d’une économie circulaire fondée sur le recyclage généralisé. Écritdans un langage accessible à tous, composé d’un texte principal complété d’une trentaine d’étudescouvrant des secteurs d’activité, métaux et thèmes transversaux, cet ouvrage est conçu pour répondreaux questions de tous ceux qui veulent comprendre le futur des métaux.

ISBN : 978-2-7598-0549-5300 pages - 39 €

QUEL FUTUR POUR LES MÉTAUX ?Raréfaction des métaux : un nouveau défi pour la société

Par Philippe Bihouix et Benoît de Guillebon

Retrouvez cet ouvrage sur www.edition-sciences.com

à des technologies chimiques et des applica-tions apparentées. Le projet, à fort caractèreinnovant, est un partenariat qui associe deuxcentres technologiques transfrontaliers le CERTECH qui développe les solutions sol-gel,le CRITT-MDTS qui caractérise les dépôts etun laboratoire public le GEGENA² qui travaillesur la protection de la pierre. Projet multi-disciplinaire, il se propose de constituer un Pôled’Innovation Transfrontalier de référencedans le domaine de la Protection des Surfacespar la Technologie Sol-Gel.HYBRIPROTECH a pour objectif d’apporter unsoutien concret aux entreprises industrielleset artisanales de la zone transfrontalièreINTERREG IV en proposant des matériauxinnovants dans des domaines industriels à fortpotentiel, de sensibiliser les industriels et depromouvoir cette technologie permettant uneavancée significative en termes de dévelop-pement durable. Une plate forme de veille estmise gratuitement à la disposition des PME-PMI pour tout savoir sur le Sol-Gel et plus lar-gement sur les traitements de surface.

Pour plus d'informations :

www.hybriprotech.eu

Union EuropéenneFonds Européen de

Développement Régional

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