Réduction de la consommation du zinc

Processus de galvanisation à chaud au sein de MAFERI

L’acier présente des qualités mécaniques, économiques et esthétiques qui le rendent incontournable que ce soit pour la construction métallique ou pour les travaux traditionnels. Mais son utilisation expose les professionnels à un risque important : la corrosion, phénomène pouvant venir altérer les propriétés ce matériau. Il est donc indispensable d’apporter une protection efficace afin d’augmenter la durée de vie de l’acier et surtout de préserver ses qualités esthétiques. Parmi les solutions anticorrosion efficaces, la galvanisation – ou protection par le zinc – tient une place prédominante. Dans le cas d’une pièce en acier galvanisée, les matériaux acier et zinc forment une pile électrochimique où l’acier est la cathode et le zinc l’anode. (Potentiel du fer = – 0,44V et potentiel du zinc = – 0,76V).

L’acier sera protégé par le zinc qui se dissoudra dans une réaction cathodique lente. L’attaque du zinc (perte d’électrons, ou oxydation Zn Zn2+ + 2e–) se fera avec la formation d’oxydes, d’hydroxydes, d’hydrocarbonate, etc., sels à caractère protecteur conduisant à une cicatrisation locale de la détérioration de l’acier qui n’est pas recouvert. La galvanisation à chaud consiste en un recouvrement par immersion dans un bain de zinc fondu. Les pièces en acier ainsi revêtues sont appelées produits galvanisés. Ce procédé dépasse le simple dépôt de zinc : le revêtement de zinc est métallurgiquement lié à l’acier de base car il se produit une réaction métallurgique de diffusion entre le zinc et le fer. A cette protection électrochimique s’ajoute bien évidemment la protection physico-chimique (ou protection barrière) que confère une couche sur une surface (comme une peinture, métal…).

Description du processus de galvanisation à chaud : Le procédé de galvanisation à chaud se déroule en plusieurs étapes et selon une technique éprouvée. Elle est assurée par des spécialistes dans des installations spécifiques avec un mode opératoire exécuté et contrôlé, et suivant des normes nationales et internationales précises, qui apportent une grande fiabilité à cette protection anticorrosive. La mise en oeuvre du procédé de galvanisation à chaud au sein de MAFERI se déroule en deux grandes étapes principales : la première étape à pour but de préparer la surface de l’acier (décapage, rinçage, fluxage et étuvage) pour éliminer les oxydes de fer et favoriser la réaction métallurgique fer-zinc. La deuxième étape consiste à l’immersion de l’acier dans un bain contenant le zinc fondu à 450 °C.

1- Outil informatique: L’outil informatique est nécessaire à la réalisation rapide et précise d’une étude menée à l’aide des plans d’expériences. Ceci peut être utile tout d’abord pour bénéficier d’une assistance à la génération du plan d’expérience (plan de criblage, plans optimaux, etc…), puis pour réaliser tous les calculs fastidieux (recherche des estimateurs, tests d’hypothèses, etc…) et enfin pour obtenir tous les types de sorties conviviales existant (diagrammes de Pareto, droite d’Henry, représentations graphiques des surfaces de réponses, etc…). Toute l’analyse présentée dans cette partie a été menée à l’aide du logiciel NemrodW (Version 2000, Didier Mathieu, Jean Nony et Roger Phan-Than-Luu, LPRAI, Marseille, France), qui nous a permis de générer la matrice d’expériences (matrice d’Hadamard) et de réaliser la plupart des traitements statistiques.

2- Analyse globale des résultats d’essais Pour les résultats observés, il faut tout d’abord vérifier que leurs variations sont significatives. Nous pouvons observer rapidement l’étendue des réponses à l’aide de la boite à moustache. Nous pouvons observer à partir du tableau ci-dessus qu’on a pu atteindre une épaisseur de 79μm. Et cela nous a donné un espoir pour diminuer l’épaisseur de revêtement de zinc à 85 μm malgré l’instabilité du procédé de galvanisation à chaud au sein de MAFERI. Il convient maintenant de savoir si ces variations de l’épaisseur de revêtement du zinc traduisent la manifestation des effets des facteurs au cours du plan d’expériences ou la variabilité naturelle des réponses. L’analyse mathématique puis l’analyse statistique des résultats des essais, vont permettre de répondre également à cette question.

3- Analyse mathématique des résultats des essais Dans le cas des plans de criblage, l’analyse mathématique des résultats consiste seulement à estimer les p inconnus du modèle en se basant sur l’emploi d’un modèle polynomial adapté qui peut faciliter par la suite la mise en oeuvre de certains tests statistiques. Le logiciel NemrodW utilise la méthode du moindre carré pour calculer les coefficients du modèle. Le tableau 3.6 regroupe les résultats obtenus :

Conclusion

Dans le cadre de projet de fin d’études, avec l’équipe de MAFERI, nous nous sommes intéressés à la réduction de la consommation du zinc dans le procédé de galvanisation à chaud. Nous avons ensemble répertorié les différents paramètres susceptibles influencés l’épaisseur de revêtement et par la même occasion la consommation du zinc. Notre choix s’est porté sur les plans d’expériences et en particulier le plan de criblage (matrice d’Hadamard) pour organiser les essais. Les résultats de ce plan nous a permis d’évaluer les effets des paramètres sur l’épaisseur de revêtement et de les hiérarchiser sur leur poids. Ceci nous a permis de proposer et d’essayer un réglage qui a donné des résultats très encourageant. L’analyse des causes de non-conformités a montré que les principaux problèmes sont enregistrés au niveau de la méthode de travail. Pour assurer une bonne galvanisation il faut assurer un bon traitement de surface, bon étuvage, garder la température du bain à 450 °C et éviter un temps d’immersion long dans le bain de zinc. (max. 4 min.). Les projections du zinc au niveau du bain de zinc fondu sont dues au choc thermique lors de l’immersion des pièces froides (20 °C) dans le bain de zinc fondu à 450 °C. Pour minimiser ces projections, il faut revoir le système de préchauffage.

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Table des matières

Introduction
Partie I : Présentation de l’entreprise d’accueil
1- Présentation générale de MAFERI
1.1- Historique
1.2- Moyens humains
1.3- Moyens de production
1.4- Moyens de contrôle
1.5- Produits et marché
1.6- Système de management de la qualité
Partie II : Processus de galvanisation à chaud au sein de MAFERI
I- Introduction
II- Description du processus de galvanisation à chaud
1- Préparation de la surface d’acier
a- Réception :
b- Accrochage
c- Décapage :
d- Rinçage :
e- Fluxage :
f- Séchage :
2- Galvanisation à chaud
a- Galvanisation :
b- Refroidissement et contrôle :
III- Les atouts de la galvanisation à chaud
Partie III : Réduction de la consommation du zinc
I- Formalisation du problème
II- Diagnostic de l’existant
III- Réduction de l’épaisseur de revêtement de zinc
1- Objectifs de l’étude
2- Variables d’entrée
3- Variable de sortie
4- Facteurs non contrôlables
IV- Criblage des facteurs
1- Stratégie expérimentale
2- Facteurs – Modalités – Domaine expérimental
3- Modèle empirique
4- Construction de la matrice du modèle
5- Expérimentation
V- Traitement des résultats
1- Outil informatique
2- Analyse globale des résultats d’essais
3- Analyse mathématique des résultats des essais
4- Analyse graphique du modèle
a- Diagramme en bâtons
b- Analyse de Pareto
5- Conclusion de l’étude
6- Validation des résultats
VI- Analyse des causes des non conformités
VII- Plan d’actions et d’améliorations
Conclusion
Liste des figures
Liste des tableaux
Bibliographie
Webographie
Annexe 1 : Norme NM ISO 1461
Annexe 2 : Plans d’expériences
Annexe 3 : Outils de formulation du problème