IBTSS-05-OMM
Les étapes de fabrication et le contrôle de qualité
Introduction Générale
La peinture résulte d’un mélange intime de résine ou émulsion, de pigment et de solvant. Cependant, et vue son indispensabilité dans le domaine de la construction, la peinture a été et reste toujours sujet à de multiples travaux d’études et de recherche.
Dans le contexte concurrentiel actuel, les objectifs de qualité et de fiabilité sont au coeur de la conception des produits.
L’utilisation d’un plan d’expériences est intéressante dans le sens où elle fait réduire le nombre des expériences tout en faisant varier plusieurs facteurs à la fois.
L’objectif de ce présent travail est de voir l’influence des différents constituants d’une peinture décorative « YAKOUT » sur la variation du pH ainsi que la viscosité afin d’optimiser ces deux réponses tout en ciblant sur la solubilisation de la couche mince métallique aussi que la stabilité de pH durant le stockage.
Présentation générale de Midi Peinture
Introduction
L’entreprise Midi peinture existe depuis 1984, fabrique et produit des peintures bâtiment d’une capacité 400 T/an.
Les peintures du Midi sont spécialisées dans la production des peintures bâtiment. Répondant au besoin du marché, l’offre s’est récemment élargie aux peintures décoratives à plus forte valeur ajoutée.
Par ailleurs, une filiale apporte à l’entreprise les produits de type enduit pour façade. Placée à Oujda, l’entreprise s’est d’abord attachée à répondre la clientèle locale, puis elle s’est intéressée à d’autres régions : Fès-Meknès, le sud et plus récemment Tanger- Tétouan- Al Hoceima.
L’entreprise a connu une croissance rapide, passant de 10 employés en 1987 à plus de 131 employés actuellement. La part de marché estimée est de l’ordre de 4 à 5%, ce qui place les peintures du Midi parmi les dix premiers producteurs distributeurs de peintures marocains.
Processus de fabrication dans la société
Le processus de fabrication des produits finis se base sur les commandes reçues du client qui se passe sur plusieurs phases afin de lancer la fabrication.
Réception des commandes
Le service commercial ou le service magasin recueille les commandes fermes qui ont été confirmées par la clientèle.
Traitement des commandes
Après avoir enregistré les prises des commandes par l’assistante commerciale ou le service magasin. Ce dernier traite les commandes, afin de les planifier dans le planning de charge de la société.
Dans le cas d’une commande habituelle, le client est livré le même jour mais si la commande est spéciale, le client ne peut être livré qu’après 48 heures.
Dans le cas de demande d’une grande quantité, le responsable magasin est obligé de lancer une préparation de fabrication au service technique afin d’assurer la stabilité du stock pour éviter les ruptures.
Lancement de la production
Dés la réception de la préparation de fabrication au service technique, le responsable production la traite et la contrôle afin de lancer les fabrications.
Ensuite, le produit fini passe par un contrôle de qualité pour vérifier les caractéristiques spécifiques selon les exigences internes de l’entreprise.
Au cas de validation du contrôle, le produit passe au poste de conditionnement et après livrer au magasin accompagné d’un bon d’entrée pour comparer la quantité demandée à celle fabriquée.
Etude bibliographique sur la peinture
Introduction
Exclus quelques matériaux nobles comme l’or, la pierre de taille et le marbre, tous les supports doivent être revêtus d’un film de peinture dans le but soit de les protéger contre différentes attaques, soit de les rendre plus décoratifs, soit enfin d’assurer une fonction technique.
Définition
Une peinture (en anglais paint) est une préparation fluide qui peut s’étaler en couches minces sur différentes supports ou subjectiles (mur, bois, papier, verre..) pour former par évaporation d’un solvant un film ou feuil adhérent, résistant, opaque, blanc ou coloré.
Un vernis (en anglais varnish) diffère d’une peinture du fait de la transparence de son film qui ne masque pas le support mais qui peut cependant être coloré avec un colorant soluble dans le milieu et non un pigment.
Types de peintures
Le type de peinture est lié mécaniquement à la nature du liant (acrylique, glycérophtalique…), en conséquence, il existe deux grandes catégories : la peinture en phase aqueuse et la peinture en phase solvant.
Peintures en phase aqueuse
Les peintures en phase aqueuses ou à l’eau sont de plus en plus utilisées depuis une trentaine d’années, en effet, elles présentent de nombreux avantages par rapport aux peintures à l’huile : séchage rapide, nettoyage des outils à l’eau et peu d’émissions d’odeurs.
Leur principal composant étant l’eau, on peut distinguer deux catégories de peintures à l’eau :
Les hydrodiluables avec 2 à 5% d’agents de coalescence (hydrocarbures, éthers de glycol) qui ralentissent la formation du film sont surtout employées dans le secteur de bâtiment.
Les hydrosolubles composées de 10 à 20% de Co-solvants qui réduisent la viscosité et donnent une bonne tenue de la peinture.
Peintures en phase solvant
Les peintures en phase solvants contiennent des solvants organiques essentielles pour la mise en dispersion des liants qui les constituent. Elles sont caractérisées et classifiées selon le type de résine (glycérophtaliques, cellulosiques,….).
On classe les solvants en trois catégories
Solvants légers : point d’ébullition inférieure à 100°C.
Solvants moyens : point d’ébullition inférieure à 130°C.
Solvants lourds : point d’ébullition supérieure à 130° C.
Dans un film de peinture, l’évaporation des solvants doit être continue et régulière, sans paliers pour éviter leur emprisonnement, les solvants légers partant en premières.
Principaux constituants des peintures, vernis
Les résines
C’est un composant essentiel dans la formulation d’une peinture ou d’un vernis et il est l’élément filmogène qui joue le rôle de liant des autres éléments tels que les pigments, les charges et les additifs. Ces résines ou liants confèrent certaines caractéristiques spécifiques aux peintures qui portent souvent leur nom, par exemple les peintures acryliques ou vinyliques.
Les produits pulvérulents
Les pigments : Un pigment est un corps pulvérulent blanc ou coloré, naturel ou artificiel, organique ou minéral, insoluble dans le milieu de dispersion dans lequel il reste en suspension en lui communiquant sa couleur et son opacité.
Le pigment possède deux caractères essentiels :
Pouvoir colorant : la capacité d’un pigment à communiquer sa couleur propre à un milieu ou à un mélange pigmentaire.
Pouvoir couvrant : sa capacité à recouvrir la surface d’un support à deux zones contrastées : noir et blanc.
Les colorants
Contrairement aux pigments, les colorants sont des composés solubles dans le couple ,solvant/résine, et sont utilisés dans la formulation des vernis. Le produit fini est transparent et non opaque.
Les solvants et les diluants
Ce sont des liquides très volatils, permettant de mettre une matière en solution (solvant) ou de modifier la fluidité d’un produit au cours de la mise en oeuvre (diluant).
Leur rôle est de rendre la peinture assez fluide pour faciliter son application puis, après élimination par évaporation, de retrouver une phase solide. On emploi des mélanges à points d’ébullition progressifs pour favoriser l’élimination des composés volatils.
Les étapes de fabrication et le contrôle de qualité
Contrôle qualité des matières premières
A chaque arrivage, les matières premières sont contrôlées d’une manière rigoureuse afin de s’assurer aux exigences internes de la société, plus le contrôle des bulletins d’analyses.
Pour les émulsions :
La viscosité
Le pH
L’extrait sec
L’aspect du film
L’abrasion humide
Pour les résines :
La viscosité
L’extrait sec
Le temps de séchage
Pour les pigments :
La prise d’huile
La finesse
La couleur et la force colorante
Pour les charges :
La prise d’huile
Pour les solvants :
La densité
La compatibilité avec la résine.
Pour les additifs : on vérifie que les bulletins d’analyses.
Procédé de fabrication
La fabrication de peinture peut être classifiée comme traitement par lots. On distingue deux grands groupes de procèdes de fabrication des peintures. Il s’agit des procédés à bases de solvants organiques basés sur la dissolution des matières dans le solvant, et des procédés à base d’eau qui impliquent une dispersion de polymère dans la phase aqueuse.
La fabrication se compose de quatre processus principaux :
empattage : les matières premières liquides avec les matières pulvérulentes sont assemblées et puis mélangées dans les récipients pour former un matériel visqueux.
Notons que la différence majeure entre les deux procédés réside dans l’utilisation de solvant ou d’eau.
Broyage, meulage et dispersion des pigments : cette étape implique l’incorporation du pigment dans la peinture afin de permettre la dispersion des particules.
Mélange et finition du produit : des spécifications du produit final telles que la couleur, la viscosité, et d’autres caractéristiques liées à la peinture sont réalisées dans l’étape de finition du produit. La plupart des solvants et des teintes sont ajoutés lors de cette étape.
Les peintures à base de solvants impliquent l’ajoute de diverses combinaisons de solvants organiques et de résines. Pour les peintures à base de l’eau, un agent anti-mousse, une émulsion et de l’eau sont ajoutés dans cette étape du processus de fabrication.
Remplissage et emballage du produit : pendant l’étape de remplissage, la filtration par des tamis est effectuée pour enlever des impuretés et pour attraper les petites particules.
La figure ci après reprend les différents étapes de production.
Rappel sur les Plans d’Expériences
Introduction
Les plans d’expériences (DOE, design of experiments) catalysent l’innovation, la résolution des problèmes et la découverte. Les DOE comprennent une stratégie et un corps de méthode qui sont les instruments permettant d’améliorer la qualité des produits, des services et des processus.
Les plans d’expériences sont indispensables à l’amélioration continue et au développement du produit.
En effet, lorsque le but initial est d’identifier les facteurs influents d’autres analyses, les plans de criblage peuvent être utiles. Mais, si l’objectif est d’optimiser une réponse, alors les plans à surface de réponse jouent un rôle critique.
Choix de la stratégie
La méthodologie des plans d’expériences consiste à fabriquer un modèle approximatif qui apportera des éléments d’informations à l’expérimentateur encore appelée modèle empirique.
Pour cela, le choix du plan d’expériences à mettre en oeuvre dépend du problème posé.
Dans ce rapport, seuls deux types de plans seront abordés : les plans de criblage et les plans d’optimisation ou surface de réponse.
Analyse statistique
Test de chaque coefficient : on fait ce test dans l’intérêt de connaitre les coefficients explicatifs qui contribuent d’une manière significative à expliquer la réponse.
Indices de qualité : R² est le coefficient de détermination c.-à-d. le pourcentage de variabilité expliquée par le modèle et R²ajusté traduit le pourcentage de variance expliqué par le modèle. Ce dernier est parfois préférés par certains utilisateurs car « corrigé » par les degrés de liberté.
Analyse de régression ou ANOVA : on vérifie la validité du modèle en testant la significativité de la pente (pente≠0).
Manque d’ajustement : on vérifie si le modèle postulé est adéquat avec le modèle réel.
Optimisation du pH&de viscosité de YAKOOT par plans d’expériences et solubilisation de sa couche mince métallique pendant le stockage
Formalisation du problème
Le but de cette étude est d’estimer l’effet des composants entrant dans la formulation d’une peinture décorative à l’eau « YAKOUT » afin de connaitre ceux qui ont une influence significative sur la variation des réponses choisies, et ensuite, on réalise un plan d’optimisation pour bien maitriser les réponses choisies.
Variables d’entrée ou facteurs
Les facteurs choisis sont
Agent épaississant : additif rhéologique.
Charge silice : adjuvant permet de réduire la glissance des peintures.
Charge CaCO3 : réduit le prix de revient.
Agent dispersant : aide à la dispersion des pigments.
Agent stabilisant : résulte une stabilisation de l’émulsion qui se marque par une amélioration de la fluidité ainsi que c’est un inhibiteur de corrosion.
Argile : réglage de la consistance de la peinture.
Pigment nacre 1
Pigment nacre 2
Solvant : agent coalescent.
Liant : constituant principal et assure le lien entre tous les composants.
Biocide : élimine ou limite le développement des bactéries.
Anti mousse : enlève la mousse de systèmes de peintures aqueuses.
Polyéthylène : sous forme de couche mince métallisée.
Analyse graphique des résultats
Une communication des résultats sous forme graphique facilite souvent l’interprétation des informations obtenues Il existe différents types de graphiques pour illustrer les effets des facteurs : les plus utilisés sont le diagramme en bâton et le diagramme de Pareto.
Analyse mathématiques des résultats d’essais
L’analyse mathématique consiste à estimer, grâce à la méthode des moindres carrés, les coefficients du modèle et les écarts entre les valeurs observées et les valeurs prévues par le modèle pour chaque essai.
Analyse statistique des résultats
L’équation du modèle empirique n’est qu’une approximation de la réalité. La mise en oeuvre de tests statistiques doit nous permettre de porter un jugement sur les résultats obtenus :
Connaitre la qualité des estimations des coefficients.
Estimer la validité du modèle avec les résidus traduisant les écarts entre les valeurs expérimentale et les valeurs calculées.
Exprimer la qualité descriptive du modèle dans le domaine expérimental (R², R² ajusté)
Interprétation
En remarquant que l’intensité de brillance diminue pendant le stockage par la solubilisation de la couche mince métallique, ainsi que le pH ne reste plus stable avec le temps ce qui provoque l’absence de brillance de cette peinture décorative. L’intensité de brillance diminue avec l’augmentation du pH.
A partir de la onzième semaine (deux mois et trois semaines), la couche mince métallique brillante commence à disparaitre pour un pH initial de 7.Pour les autres pH, on remarque que l’intensité de brillance reste encore remarquable lorsqu’on applique la peinture sur le papier contraste.
La solution d’acide utilisée rend la peinture inapplicable parce qu’elle accélère le temps de séchage, en effet, le temps ouvert de la peinture diminue.
Conclusion
Bien qu’on ait atteint notre objectif, pourtant, l’ajout de la solution d’acide dans la peinture est inacceptable via les résultats trouvés précédemment.
D’où des suggestions de tester un autre acide comme par exemple : l’acide tartrique (acide L(+) tartrique) qui se présente sous forme de cristaux incolores et transparents ou sous forme blanche, inodore, agréablement acidifiée, stable à l’air et non hygroscopique. Elle est utilisée dans l’industrie de bâtiment comme agent retardeur de prise pour béton ainsi qu’un agent antioxydant et régulateur du pH.
Conclusion Générale
D’abord, je dois dire que ce travail est le fruit de deux ans d’études dans la formation chimiométrie et analyse chimique : application à la gestion industrielle de la qualité afin d’obtenir un diplôme de Master sciences et techniques.
L’objectif de ce stage était d’appliquer les compétences acquises lors de ma formation dans le domaine professionnel, d’où j’ai choisi d’utiliser la méthodologie des plans d’expériences et/ou de l’analyse de données dans le but d’optimiser le pH et la viscosité d’une peinture décorative « YAKOUT » ainsi que la stabilité du pH et de son aspect brillant qui apparait grâce à une couche mince métallique pendant le stockage.
En effet, tout d’abord, un plan de criblage a été réalisé afin d’identifier les facteurs importants sur la variation des réponses choisies (pH et viscosité). Ensuite, un plan d’expériences pour l’étude des surfaces de réponses a permis d’obtenir un réglage plus affiné de ces facteurs correspondant à une optimisation du pH et de viscosité (1/10 mm/5̋). Enfin, on a choisi trois échantillons de trois valeurs de pH différentes pour suivre leurs stabilités pendant le stockage ainsi que la solubilisation de la couche mince métallique qui donne l’aspect brillant à la peinture décorative « YAKOUT ».
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Table des matières
I. Introduction
II. Organigramme de la société
III. Processus de fabrication dans la société
1. Réception des commandes
2. Traitement des commandes
3. Lancement de la production
IV. Les différentes catégories des produits fabriqués
chapitre2 : Etude bibliographique sur la peinture
I. Introduction
II. Définition
III. Types de peintures
1. Peintures en phase aqueuse
2. Peintures en phase solvant
IV. Principaux constituants des peintures, vernis
1. Les résines
2. Les produits pulvérulents
3. Les colorants
4. Les solvants et les diluants
5. Les additifs ou les adjuvants
V. Les étapes de fabrication et le contrôle de qualité
1. Contrôle qualité des matières premières
2. Procédé de fabrication
3. Contrôle de qualité des peintures
Chapitre3 : Rappel sur les Plans d’Expériences
I. Introduction
II. Formalisation du problème
III. Choix de la stratégie
1. Plan de criblage ou screening
2. Plan d’optimisation ou à surface de réponse
IV. Analyse des résultats
1. Analyse mathématique
2. Analyse graphique
3. Analyse statistique
Chapitre4 : Optimisation du pH&de viscosité de YAKOOT par plans d’expériences et la
solubilisation de sa couche mince métallique pendant le stockage
I. Formalisation du problème
1. Variables de sorties ou réponses
2. Variables d’entrée ou facteurs
II. Criblage des facteurs
1. Facteurs-modalités-domaine expérimentale-plan d’expérimentation
2. Analyse globales des résultats d’essais
2.1. Estimation des coefficients
3. Analyse graphique des résultats
3.1. Diagramme en bâton des effets pour la réponse pH
3.2. Diagramme de Pareto pour la réponse pH
3.3. Diagramme en bâton des effets pour la réponse viscosité
3.4. Diagramme de Pareto pour la réponse viscosité
4. Conclusion
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