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RÉSUMÉ
Dans l’industrie des traitements de surface en général, et en particulier dans celle des Traitements de Surface par Voie Humide (TSVH), les opérations de rinçage furent longtemps considérées comme un fardeau. Les choses ont évolué au cours des années 1980d’une part en raison de la succession, toujours davantage contraignante, des aspects réglementaires édictés par la commission compétente de la Commission européenne, d’autre part en raison de la prise de conscience du rôle des rinçages en termes d’enjeux tant économiques que techniques. Cet article est illustré par des applications pratiques conçues par les auteurs et mises en œuvre sur les lignes de production de tailles diverses.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jean-Claude CATONNÉ : Ingénieur-Docteur, Docteur-ès-Sciences Physiques - Professeur Honoraire du CNAM (Conservatoire National des Arts et Métiers, Paris, France), consultant en traitement de surfaces
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Martine DEPÉTRIS-WERY : Docteur en Chimie-Physique - Professeur à l’Université Paris Sud, Orsay, France
INTRODUCTION
Dans les installations modernes, les opérations de rinçage sont conçues, organisées et exploitées à l’image d’opérations unitaires analogues à celles du génie chimique, ainsi peut-on parler de « fonctions de rinçages » (FR). Dans une ligne de TSVH (Traitements de Surface par Voie Humide), quand ces fonctions de rinçages sont implantées entre deux « séquences » d’opérations unitaires (séquence de préparation de surface et séquence de revêtement électrolytique par exemple), elles ont un rôle de barrière antipollution de la séquence aval par les entraînements de la séquence amont et sont typiquement gouvernées par des processus de dilution entre deux liquides de viscosité cinématique différente. En revanche, quand une fonction de rinçage est implantée en sortie de ligne, son rôle est principalement d’ordre anticorrosion, voire promoteur d’adhérence ; son effet est immédiat (rinçages sous polarisation cathodique) ou bien différé (rinçage passivant). On peut donc décliner les opérations de rinçage en deux classes : i) les rinçages de « dilution » à effet immédiat, comme barrière d’antipollution entre deux séquences, et ii) les rinçages de « réaction » à caractère fonctionnel dont l’activité est d’origine électrochimique.
Une bonne gestion des rinçages est une réponse à deux contraintes principales : l’une administrative et l’autre d’ordre économique.
La contrainte administrative vise à réduire, autant que possible, la consommation des eaux de rinçage pour respecter l’arrêté ministériel du 30 juin 2006 qui limite, dans la majorité des cas, à 8 L.m−2 la quantité maximum d’eau rejetée en tant qu’effluent dans une fonction de rinçage. Comme nous le verrons par la suite, l’une des conséquences pratiques de cette contrainte administrative est d’offrir des solutions originales en termes de structures de rinçage sur les lignes de TSVH.
La contrainte économique est liée i) au respect des normes environnementales suite à l’abattement du flux de pollution via l'optimisation des structures de rinçage, et ii) à l'amélioration des performances économiques des TSVH par des gains financiers engendrés par des couplages judicieux entre structures de rinçage et procédés de recyclage, de récupération ou de régénération, voire de valorisation des électrolytes considérés auparavant comme effluents de rejet.
Dans cet article, à partir d’exemples concrets et industriels, nous montrons qu’une opération de rinçage n’est pas aussi triviale qu’elle n'y paraît, et qu’en assurer la maîtrise nécessite une démarche scientifique basée sur le génie des procédés.
Un glossaire des termes utilisés ainsi qu'un tableau de sigles et de symboles sont présentés en fin d'article.
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1. Vocations d'un rinçage
À première vue, il peut apparaître trivial de s’intéresser à la phénoménologie du rinçage dans une opération de traitement de surface. En prenant toutefois du recul, on s’aperçoit que cette opération, lorsqu’elle n’est pas convenablement maîtrisée, représente près de la moitié des dysfonctionnements, objets de contestations, soumises ou non à expertises.
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Tel est le cas par exemple du décollement différé d’un revêtement électrolytique de nickel appliqué sur une pièce en acier présentée à la figure 1. Brièvement, cette pièce, fixée verticalement sur l’une des épingles métalliques d’un montage traditionnel (traitement dit « à l’attache ») subissait une préparation classique (dégraissage-décapage), puis un rinçage de dilution au jet suivi d’un nickelage. Le rinçage au jet, habituellement considéré comme efficace, était géré comme un rinçage mort (RM). Grâce à un traçage approprié, on a pu démontrer que ce décollement différé à caractère apparemment aléatoire était imputable à un effet de passivation du substrat après émersion. Si toutes les pièces d’un même montage n’étaient pas affectées, celles qui l’étaient se passivaient pendant la phase de transfert entre les postes de rinçage et de nickelage ; passivation imputable donc à la diffusion de l’oxygène atmosphérique dans la couche d’entraînement quand l’électrolyte de rinçage venait d’être renouvelé.
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Ce type d’avatar est bien connu en nickelage électrolytique. Nous l’avons également rencontré en électroformage sur des pièces de grand format, comme par exemple, lors d’un dépôt électrolytique épais (supérieur à 2 mm) sur des cylindres de coulée continue. Pour certaines nuances d'acier, la coulée continue d’acier liquide entre deux cylindres tournants permet d’élaborer directement des tôles minces. La solidification de l’acier se fait très rapidement entre les deux cylindres convenablement refroidis et la bonne pratique des opérations exige un revêtement électrolytique de nickel parfaitement homogène et, bien entendu, adhérent.
Le...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - WERY (M.) - * - . – Thèse de l’Université de Franche-Comté (1995).
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(2) - MOONEY (T.) - The art and science of water rinsing. - Metal finishing, 105, 104-112 (2007).
-
(3) - CATONNE (J.C.) - Comment organiser économiquement les rinçages. - Surfaces, 61, 12-20 (1971).
-
(4) - LAFOREST (V.) - * - . – Thèse INSA (1999).
-
(5) - BREUIL (J.N.) - Ministère de l'environnement, Cahiers techniques de la direction de la prévention des pollutions n° 18, Traitement de surface et dépollution à la source. - Agence de bassin Loire-Bretagne, 112 p. (1985).
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(6) - Action hydrodégraissage : Guide et recommandations - CRAM de Franche-Comté (2006).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Legifrance
Ademe
Agence de l’eau
http://www.eaurmc.fr ; http://www.eau-seine-normandie.fr
DRIRE
Eur-Lex
http://eur-lex.europa.eu/homepage.html
HAUT DE PAGE
Arrêté du 30 juin 2006 relatif aux installations de traitements de surfaces soumises à autorisation au titre de la rubrique 2565 de la nomenclature des installations classées (JO n° 205 du 05/09/06).
Directive européenne RoHS (2002/95/CE) du 27/01/03 relative à la limitation de l'utilisation de certaines substances dangereuses dans les équipements électriques et électroniques (JOCE n° 37 du 13/02/13) – Texte abrogé par l'article 26 de la directive n° 2011/65/UE depuis le 03/01/13.
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