L’usage du plomb dans les alliages métalliques dans le viseur de l’Europe

Présent en faible proportion dans des matériaux à usinabilité améliorée tels que les aciers, les aluminiums et les laitons, le plomb est dans le viseur de la Commission européenne. Deux directives doivent évoluer prochainement pour encore davantage encadrer son usage en tant qu’élément d’alliages métalliques. La première, nommée Reach (Registration, Evaluation and Authorisation of Chemicals), est un règlement qui vise à mieux protéger la santé humaine et l’environnement contre les risques liés aux substances chimiques. La seconde, nommée RoHS (Restriction of hazardous substances in electrical and electronic equipment), tente de limiter la présence de substances dangereuses dans les équipements électriques.

Depuis une vingtaine d’années, le plomb bénéficie d’une exemption d’utilisation et est toléré à raison de 3 % dans les laitons et 0,35 % dans les aciers. Il joue un rôle essentiel en facilitant l’usinabilité des matériaux, c’est-à-dire leur capacité à être mis en forme à l’aide d’un outil coupant. Les industriels et les représentants de la profession (syndicats) sont inquiets car cette tolérance doit prendre fin en juillet 2021. L’Europe va-t-elle interdire totalement le plomb ou restreindre encore plus son usage ? Sous quel délai ?

Aucune solution universelle pour remplacer le plomb

« Le plomb apporte un meilleur fractionnement des copeaux lors de la coupe et permet d’éviter la formation de copeaux longs qui occasionnent des arrêts machines », explique Stéphane Maniglier, ingénieur études et prestations au CETIM (Centre technique des industries mécaniques). Il offre aussi un point de fusion beaucoup plus bas lors du contact entre l’outil coupant et la matière, en créant un film à la surface du matériau, ce qui entraîne une diminution des pressions de coupe et une moindre usure de l’outil coupant. »

Depuis plusieurs années, les fabricants de matières concentrent leurs efforts à la recherche d’une structuration de la matière, d’un substitut au plomb ou de nouvelles formulations pour optimiser l’usinabilité de ces matières « sans plomb ». Sauf qu’ils se heurtent à une quasi-impossibilité à trouver une solution universelle pouvant s’adapter aux différentes familles de matériaux. Chaque situation doit être traitée au cas par cas en prenant en compte de multiples paramètres, car il n’y a pas uniquement l’aspect de l’usinage de la matière à considérer. Il faut aussi veiller au comportement final des matériaux, c’est-à-dire leurs caractéristiques mécaniques, leur résistance à la fatigue, à la corrosion… Tout comme l’aspect recyclage des copeaux ainsi que le type de machines utilisées lors de l’usinage.

« Le choix d’une matière de remplacement au plomb doit prendre en compte tous ces aspects et intégrer également une vision prospective sur les éventuels substituts au plomb qui pourraient être utilisés », analyse l’expert du CETIM. Par exemple, le bismuth, intégré à raison de 0,10 à 0,15 % dans un acier, offre une amélioration de l’usinabilité quasi équivalente à celle du plomb, mais des dégradations importantes du matériau sont constatées lors du travail à chaud avec notamment la formation de fissures. Et quid de sa production mondiale en cas d’utilisation massive par les industriels ? Et de l’envolée du cours de cette matière ? Quant au sulfure de manganèse, il fait partie des substituts potentiels mais pose des problèmes de soudabilité et de corrosion. L’association du tellure avec le sélénium offre des résultats intéressants, par contre son prix est élevé et elle n’est pas sans risque toxique. Le silicium donne de très bons résultats en termes d’usinabilité mais peut augmenter l’usure des outils.

Le coût de production pourrait augmenter de 77 %

Selon une étude suédoise, l’interdiction du plomb dans les éléments d’alliage risque de faire augmenter jusqu’à 77 % le coût de production des pièces en laiton. « Les opérations d’usinage vont user plus prématurément les outils coupants, déclare Stéphane Maniglier. Les problématiques de copeaux longs vont générer des arrêts machines beaucoup plus fréquents, car ils risquent de s’enchevêtrer dans les machines. »

Le recyclage est aussi à prendre en compte. En utilisant des matières avec des additifs différents en remplacement du plomb, les industriels seront obligés de créer plusieurs circuits et équipements internes de récupération des différents copeaux. Ils ne pourront en effet pas mélanger les copeaux issus de matières intégrant certains additifs aux autres matières.

Face à l’état actuel de la recherche, il semble qu’à court terme, la solution face à l’interdiction du plomb consistera davantage à adapter les outils de production (machines, outillages, procédés) qu’à développer un élément d’alliage de substitution au plomb.