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RÉSUMÉ
La galvanisation à chaud des aciers représente un procédé industriel classique largement répandu et maîtrisé. Ce procédé débute par une étape de préparation de surface, avec dégraissage, décapage et fluxage, ces opérations conditionnant la qualité du revêtement. Pour autant, la connaissance de ce traitement de nature métallique est très incomplète. Ainsi, les questions relatives à la tenue dans le temps du revêtement, les phénomènes dus à la corrosion atmosphérique sont loin d’être résolues. La galvanisation est un choix technologique de taille, qui permet avec succès de contribuer à la longévité des ouvrages et de préserver les ressources naturelles en fer et en zinc.
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Ludovic NÉEL : Docteur en sciences des matériaux - Ingénieur Polytech Orléans - Directeur de Galvazinc association
INTRODUCTION
La galvanisation à chaud des aciers représente un procédé industriel largement répandu qui trouve de nombreuses applications tout autour de nous. Il n'en demeure pas moins une méconnaissance de la technique et des propriétés de ce traitement de surface de nature métallique.
C'est pour combler en partie cette lacune que cet article a été rédigé. Il s'adresse à tous les utilisateurs et prescripteurs qui doivent résoudre des questions de tenue dans le temps de l'acier et combattre les phénomènes de corrosion notamment atmosphérique. Dans un contexte de longévité des ouvrages, de préservation de nos ressources naturelles, l'acier galvanisé est un choix privilégié et il est nécessaire de bien en connaître les caractéristiques.
Dans un premier temps, sont rappelés la structure métallique du revêtement obtenu par galvanisation à chaud et le procédé industriel classique permettant de le maîtriser. L'interaction et la réactivité entre le zinc fondu et l'acier sont des particularités ; des résultats de recherche sont mentionnés afin de donner des pistes de solutions en cours de développement.
La performance de tenue dans le temps, la longévité ou la durée de vie du revêtement sont les principales caractéristiques de ce traitement de surface. Il confère aux pièces en acier une durée de vie compatible avec les nouvelles exigences des maîtres d'ouvrages dans le bâtiment (lesquelles demandent au moins 30 ans d'exploitation sans entretien). Nous verrons comment la galvanisation au trempé répond à ces exigences nouvelles de la construction durable.
Au-delà des caractéristiques du revêtement métallique, le procédé industriel répond à des règles strictes, de façon à assurer une qualité constante des pièces galvanisées quelle que soit la nature des pièces traitées. Les efforts concernant la protection de l'environnement ont été considérables ces dernières années, ce qui a nécessité une gestion rigoureuse des effluents en passant par un recyclage total.
L'impact du zinc sur le milieu naturel a fait l'objet de nombreuses études. Cet aspect sera abordé de façon à dissiper tout malentendu sur la question et à rappeler les nouvelles notions établies par la communauté scientifique internationale.
Le zingage est un terme général qui désigne la réalisation, sur un substrat métallique tel que l'acier au carbone, d'un revêtement métallique à base de zinc à des fins de protection contre la corrosion ; on distingue ainsi :
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la galvanisation à chaud au trempé, objet de cet article, qui consiste à immerger totalement la pièce en acier dans un bain de zinc fondu ;
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la galvanisation à chaud en continu qui consiste à déposer sur un semi-produit une couche de zinc ou d'alliage de zinc ;
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le zingage électrolytique qui est un dépôt de zinc obtenu par voie électrolytique, aussi appelé « électrozingage » ;
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la métallisation qui consiste à projeter du zinc fondu à l'aide d'un pistolet ;
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la shérardisation qui est un procédé thermochimique de diffusion de zinc à la surface de l'acier, en phase solide.
Pour plus d'informations sur le sujet, le lecteur pourra consulter l'article [M 1 600] Électrozingage des Techniques de l'Ingénieur.
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Zinc et environnement
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3. Procédé industriel et préservation de l'environnement
Le procédé industriel fait appel à des bains de préparation de surface et de rinçage qui sont contrôlés par des plans qualité. Le pilotage des bains nécessite des mesures et des ajustements de compositions, afin de garder un optimum de fonctionnement.
Lorsque les bains ont atteint un niveau de saturation en éléments incompatibles avec la fonction du bain, ils sont récupérés par des sociétés extérieures qui assurent le recyclage total de ces bains usagés.
Certains sites industriels disposent de centrales de retraitement des effluents liquides en ligne. Elles fonctionnent en boucles fermées avec les bains de traitement de surface, de façon à ajuster leur composition tout en éliminant les éléments polluants. Leur principe de fonctionnement consiste à faire précipiter des boues qui sont ensuite récupérées et recyclées.
Les déchets provenant du bain de zinc, les cendres et les mattes, sont des composés à haute teneur en zinc. Ils sont valorisés par l'intermédiaire d'une filière qui réutilise le zinc entièrement. La figure 12 donne le principe de cette filière dans sa globalité.
3.1 Filière de recyclage des résidus de galvanisation
Tous les procédés de galvanisation génèrent des matériaux contenant du zinc ou des sous-produits appelés « résidus ». Le premier résidu, les mattes de galvanisation, est produit par la réaction du zinc avec l'acier qui est traité par galvanisation. Le second résidu, les cendres écumées en surface du bain de galvanisation, est produit par l'oxydation du zinc au cours du processus de galvanisation.
Les propriétés de ces sous-produits de la galvanisation sont bien connues, ainsi que les technologies qui permettent la récupération complète de leur contenu en zinc.
Comme ces résidus ont une teneur en zinc relativement élevée, les entreprises de galvanisation essaient de réduire les coûts de recyclage.
Généralement, la quantité de zinc incorporée dans les mattes de fond des installations de galvanisation après fabrication représente entre 9 et 13 % du zinc introduit dans le processus. La quantité de zinc qui se retrouve inévitablement dans les cendres d'écumage varie entre 14 et 18 %.
Les installations de galvanisation en continu utilisent une autre technologie pour le revêtement des produits...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Guide technique de la fédération française du bâtiment. - Union des Métalliers, SEBTP, juin 2005.
-
(2) - PORTER (F.C.) - Corrosion resistance of zinc and zinc alloys. - DEKKER (M.), Inc., ISBN 0-8247-9213-0 (1994).
-
(3) - SANDELIN (R.W.) - Wire and wire products. - (1940)
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(4) - PELERIN (J.) et al - * - Metall. (1981).
-
(5) - FRAPPA (A.L.) - General assembly EGGA. - Como, Italie, avr. 1983.
-
(6) - ZHANG (X.G.) - Corrosion and electrochemistry of zinc. - Plenum Press (1996).
-
(7) - IZA Europe - EUROFER, zinc recycling. - Acier...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Revêtements par galvanisation à chaud sur produits finis et fonte et en acier – Spécifications et méthodes d'essai - NF EN ISO 1461 - 2009
-
Produits sidérurgiques – Exigences pour la galvanisation à chaud d'éléments en acier - NF A 35-503 - 2008
-
Revêtements en zinc – Lignes directrices et recommandations pour la protection contre la corrosion du fer et de l'acier dans des constructions – Partie 1 : principes généraux de conception et de résistance à la corrosion - NF EN ISO 14713-1 - 2010
-
Revêtements de zinc – Lignes directrices et recommandations pour la protection contre la corrosion du fer et de l'acier dans les constructions – Partie 2 : Galvanisation à chaud - NF EN ISO 14713-2 - 2010
-
Corrosion des métaux et alliages – Corrosivité des atmosphères – Classification, détermination et estimation - ISO 9223 - 2012
-
Corrosion des métaux et alliages – Corrosivité des atmosphères – Valeurs de référence relatives aux classes de corrosivité - ISO 9224 - 2012
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