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Traitement de surface

DSE

Définition

Les traitements de surface sont destinés à conférer un aspect et des caractéristiques particulières aux pièces métalliques. Leurs utilisations sont les suivantes : anticorrosion (45%), anti-usure (24%), aspect (11%), conductibilité (8%), coefficient de frottement (8%), autre (4%).
Pour cela, un revêtement métallique est déposé par voie électrolytique ou chimique. Ce procédé comprend trois phases principales :
-    le dégraissage ou décapage des supports métalliques,
-    le traitement à proprement parlé (dépôt des métaux, galvanisation),
-    le rinçage de la pièce (final ou entre chaque phase afin d’éliminer l’excès de produit).
Il existe une trentaine de techniques regroupées en 5 familles : traitement mécanique (42%), traitement thermochimique (4%), traitement par voie aqueuse et voie sèche (6%), peintures (31%), traitement de conversion (17%).
Les traitements de surfaces interviennent surtout dans le secteur de l’automobile, des télécommunications, de l’électronique, de l’aérospatial, de la bijouterie et de la quincaillerie.
Parmi les différents polluants pouvant être trouvés dans les bains et les boues (exceptés les acides et les bases) on retrouve : des matières organiques, phosphorées ou azotées, des matières en suspension, des composés organo-halogénés, des cyanures, des fluorures, des métaux (Chrome, Zinc, Cadmium, Aluminium, etc.) et des sels (Cl-, K+, etc.).
Les polluants produits par cette activité sont susceptibles de modifier les constituants des milieux naturels. Certaines substances peuvent également modifier la toxicité de certains composés et provoquer des perturbations au niveau de l’équilibre des niches écologiques. Enfin, la bioaccumulation de certaines de ces substances non métabolisées dans les organismes et les milieux engendre une toxicité à long terme. Les opérations de traitement de surface génèrent trois types principaux de déchets.
1) Les déchets liquides
Il s’agit de bains de  décapage, de dégraissage, de traitement et de rinçage. Ces bains (à l’exception des bains de dégraissage contenant parfois des solvants chlorés) sont des solutions alcalines ou acides qui contiennent des métaux de traitement de surface (cuivre, chrome, cadmium, etc.) ainsi que des cyanures. Ces déchets sont particulièrement agressifs et toxiques pour l'environnement.

2) Les boues d’hydroxydes
Composées de 60 à 70% d’eau, elles sont issues du traitement des déchets liquides et des eaux de rinçage. Elles contiennent, sous forme d'hydroxydes insolubles, les mêmes métaux que les bains ainsi que les métaux des supports métalliques décapés.

3) Les résines échangeuses d’ions
Ces résines sont utilisées dans le traitement des bains et des eaux de rinçage. Il en existe trois sortes : les régénérables, les résines régénérables usées et enfin celles à usage unique.

Chiffres clés

Au niveau national, 200 000 tonnes de boues d'hydroxydes sont recensées chaque année pour  900 000 tonnes de matériaux d'apport appliquées à des surfaces. Le marché des traitements de surface représente un chiffre d’affaire annuel de 6 milliards d’euros (Source Ademe).
Les différents types de déchets générés par les activités de traitement de surface se répartissent de la façon suivante :

Source : Valérie LAFOREST,
Thèse sur les technologies propres - Application aux ateliers de traitement de surface.

 

Réglementation

Les activités de traitement de surface sont soumises soit à déclaration, soit à autorisation, c’est-à-dire à la réglementation des installations classées pour la protection de l'environnement  (ICPE).

L' arrêté du 26 septembre 1985 fixe le cadre réglementaire applicable aux ateliers de traitements de surfaces, soumis à autorisation. Ce texte aborde la prévention des pollutions des eaux, de la pollution atmosphérique, les pollutions accidentelles ainsi que la gestion des déchets. Il réglemente également la surveillance des rejets par l'industriel (auto surveillance), les seuils de rejets ainsi que les débits d’effluents.
Des arrêtés spécifiques, s'appliquent selon les cas aux installations soumises à déclaration et/ou aux installations soumises à autorisation (revêtements et ateliers de traitement de surface, traitement des métaux et matières plastiques, bains de sels fondus, nettoyage, dégraissage et décapage de surfaces (métaux, matières plastiques...), etc.).
Les installations d'élimination des boues sont soumises à la réglementation sur les ICPE (article 541.25 du code de l'environnement).
Les conditions de stockage des déchets spéciaux et leurs critères d’admission sont énoncés dans l’arrêté du 18 décembre 1992 (les déchets liquides doivent être placés sur des bacs de rétention, pollution des sols, etc.).
Conformément au Code de l’environnement (art. L 541-2 ), le détenteur de ce type de déchet est responsable de leur élimination. Les résidus de traitement de surface doivent donc être collectés par une entreprise agrée pour le transport des déchets dangereux. Le détenteur doit s’assurer que le collecteur auquel il fait appel a déclaré son activité en préfecture. Un CAP (Certificat d’Acceptation Préalable) du déchet est obligatoire avant l’enlèvement. Pour les quantités supérieures à 100 kg et afin de suivre les déchets, un bordereau de suivi des déchets dangereux doit être émis.
Le transport des bains de décapage ou de dégraissage peuvent être soumis à l’ADR (Accord européen relatif au transport international des marchandises Dangereuses par Route) en fonction de leur nature et de leur taux d’acidité (classe 8, matières corrosives).

Traitement et voies d’élimination/valorisation

La réduction à la source s'impose particulièrement pour cette catégorie de déchets très polluants, plusieurs possibilités existent : égouttage des pièces, optimisation des process, régénération des bains, technologies propres (cf. les nouvelles techniques de dépollution).
Les principales filières d’élimination/valorisation sont les suivantes :
        - régénération des résines échangeuses d'ions (traitement des polluants et réutilisation de la résine),
        - régénération des solvants (récupération de leurs caractéristiques initiales et réutilisation)
        - traitement physico-chimique des bains et boues (déchromatation, décyanuration, neutralisation, fixation des boues minérales, récupération des métaux précieux et réutilisation dans les procédés),
        - traitement par incinération (valorisation énergétique),
        - stabilisation à base de liants hydrauliques (bétons, ciment, etc.)

1) Boues d’hydroxydes
Les boues d’hydroxydes métalliques sont issues des opérations de détoxication des effluents de traitement de surface. Elles sont décantées, puis déshydratées par filtration ou centrifugation. Elles doivent être préalablement stabilisées avant d’être stockées en centre de stockage de déchets dangereux.
Certaines catégories de boues d'hydroxydes peuvent être valorisées grâce au développement de nouvelles technologies. Pour les boues contenant de l'aluminium, une nouvelle filière se met en place comme matières premières de substitution en cimenterie et permettrait ainsi d'en valoriser 40 000 t/an.

2) Les bains usés
        a) Les solutions diluées peuvent être traitées sur place dans les stations d’épuration spécifiques ou sur des résines échangeuses d'ions piégeant les électrolytes et permettant ainsi leur régénération, une économie de produit et la diminution des rejets polluants.
        b) Les solutions concentrées doivent être traitées en centre collectif de traitement physico-chimique :
                   - séparation solide/liquide (décantation, floculation, filtration, floculation - flottation),
                   -  insolubilisation (par ajout de base ou d’acide),
                   - neutralisation (compensation de l’acidité ou de l’alcalinité par ajout de base ou d’acide),
                    - oxydation (décyanuration) ou réduction (déchromatation) par ajout d’un oxydant ou d’un réducteur entraînant la formation de produits non toxiques,
                    - séparation huile.graisses (cassage chimique de l’émulsion).

c) Les bains de dégraissage sont constitués en général de solvants chlorés et sont régénérables ou traités par incinération lorsqu’ils contiennent des déchets chlorés non régénérables.
d) Les bains de traitement acides, alcalins, chromiques, cyanurés peuvent être régénérés par voie électrolytique (exemple : électrodialyse).

3) Les résines échangeuses d'ions
Les résines échangeuses d’ions qui ne sont pas à usage unique sont régénérables en centres de traitement physico-chimique. Les résines fixes sont régénérées par le passage d'un acide ou d'une base entraînant les éléments polluants tandis que les cartouches saturées des résines mobiles sont changées pour être régénérées en centre spécialisé.
NB : les éluats de régénération subissent le même traitement que les bains usés en centre de traitement physico-chimique.
Si ces résines ne sont plus réutilisables (usées), elles peuvent être traitées par voie thermique ou être placé en centre de stockage des déchets tout comme les résines à usage unique. La stabilisation est également un préalable obligatoire au stockage des résines non régénérables. 10 % des résines échangeuses d'ions sont mis en centres de stockage de déchets dangereux, ce sont les résines saturées à usage unique et les résines régénérables usées.

4) Les métaux
Plusieurs méthodes permettent de récupérer les métaux contenus dans les bains, en interne ou par des entreprises spécialisées : 
    - Cristallisation en refroidissant le bain,
    - Electrodialyse (séparation ionique sur une membrane échangeuse semi-perméable)
    - Electrolyse,
    - Electro-électrodialyse,
    - Evaporation (concentration des sels métalliques),
    - Osmose inverse,
    - Fixation sur une résine échangeuse d’ions
Les éléments non récupérés peuvent être valorisés par voie pyrométallurgique.

5) Les nouvelles techniques de dépollution
Il existe de nouvelles techniques, plus économiques, permettant la dépollution :
- les technologies d’épuration (modification de la composition et de la siccité des boues),
- les solutions alternatives au traitement et au stockage des boues (incinération en cimenterie, valorisation).
- les technologies propres, permettant de réduire les flux polluants à la source tel que :

  • Electrolyse,
  • Osmose inverse,
  • Electrodialyse,
  • Ultrafiltration,
  • Evaporation sous pression partielle,
  • Dépôt en phase vapeur,
  • Dépôt sous vide,
  • Décapage à sec,
  • Remplacement de l'acide sulfurique par de l'alcool, de l’acide nitrique par de l’eau oxygénée,
  • Micro lubrification (réduction d’un facteur 10 les volumes des fluides),
  • Utilisation d'huiles végétales (biodégradabilité, diminution de la toxicité).

Liens utiles

Fiches « informations déchets » connexes sur notre site :

ADEME, fiche sur les boues et bains de surface
DRIRE Nord Pas de Calais, rubrique Traitement de surface de l’IRE 2008, ,
www.legifrance.gouv.fr, pour plus de détails sur la réglementation en vigueur
Valérie LAFOREST, Thèse sur les technologies propres : Méthodes de minimisation des rejets et de choix des procédés de valorisation des effluents. Application aux ateliers de traitement de surface, Lyon, 1999
IFETS, Institut Français pour l’Environnement et les Traitements de surface
CETIM, nombreux ouvrages concernant les traitements de surface : :

  • CleanMeca 2008 - 3ème Congrès européen des technologies propres et sûres en mécanique
  • Gestion des effluents de la mécanique (CD-ROM)
  • Manuel des traitements de surface à l'usage des bureaux d'études.
  • Aide au choix de traitement de surface (G. Vasseur collection performances).
  • Bilan décennal appliqué aux ateliers de traitement de surface relative à l'arrêté ministériel du 29 juin 2004 (CD-ROM).
  • Couples aluminium -- traitements de surface utilisable avec des denrées alimentaires (collection performances).
  • Dégraissage, décapage, des aciers inoxydables en fabrication (deuxième édition).
  • Évolutions à 10 ans des traitements de durcissement (collection performances).
  • Évolution de la politique des donneurs d'ordre en traitement de surface -- le secteur automobile en France, en Allemagne et en Italie (collection performances).
  • Guide des peintures.
  • Traitements de conversion chimique des alliages d'aluminium (collection performances).
  • Traitements de surface des alliages d'aluminium.
  • Traitement de surface des outillages de profilage -- repoussage (collection performances).
  • Traitement de surface : les grandes tendances de l'évolution des procédés (collection performances).
  • Veille technologique : produits de traitement, captation des oversprays (collection performances).
  • Bilan air des installations traitement de surface : procédures simplifiées (collection performances).
  • Informations réglementaires et pratiques relatives à des technologies mises en oeuvre en traitement de surface (J. Ribeyron - M. Lorthiois - collection performance).