Les publications 2022 de la revue Traitements et Matériaux

Les traitements de surface au-devant de la scène ?

À deux ans de l’échéance de septembre 2024, les impacts de la réglementation Reach sur les usages des sels de chrome VI avancent à bruits faibles. Pourtant cette date marquera la fin des autorisations du consortium CTAC sub, et donc l’interdiction réglementaire de l’utilisation de ces sels sans nouvelle autorisation pour de nombreux donneurs d’ordres et applicateurs. Deux ans, c’est à la fois très long et très court, surtout si l’on doit déposer un dossier d’autorisation à l’ECHA. Différentes stratégies se font jour mais où en est-on techniquement ?
Les journées A3TS dédiées au remplacement des traitements de surface à base de CrVI ont donné le « la » ; des avancées, mais pas de solutions univoques et universelles pour les applications les plus difficiles.
Concernant le chrome dur industriel, des avancées significatives ont été obtenues avec les traitements électrolytiques à base de CrIII, mais ceux-ci présentent encore des limitations en performances pour certaines applications. Par ailleurs, les grands secteurs industriels utilisateurs (automobile par exemple) n’ont pas encore basculé définitivement sur ces technologies. Des solutions alternatives par voie sèche couvrent certaines applications, aéronautiques en particulier.
Concernant les conversions sur alliages d’aluminium, seules les industries aéronautiques, électroniques et de défense sont encore impactées. Les conversions à base de CrIII/Zr sont en évaluation ou sont qualifiées sur certaines nuances, mais pas pour toutes. En fonction de la provenance de l’alliage, de la conversion CrIII/Zr évaluée et de la gamme de traitement de l’applicateur, on observe des divergences parfois sensibles dans les performances obtenues ; et ce même avec l’Alodine1200.
Pour ce qui est du cadmium bichromaté, il a été substitué pour une grande majorité des applications (Zn, ZnNi, Zn lamellaire…). Pour autant, pour l’un de ses usages emblématiques qu’est la connectique, le CMG (Connectors Manufacturers Group) a demandé et obtenu une autorisation d’usage de 12 ans (septembre 2029) à l’ECHA.
Ces quelques exemples montrent que la réglementation Reach n’est pas encore de l’histoire ancienne.
Au-delà des risques réglementaires, nous pouvons également évoquer les risques économiques liés à la flambée des prix des matières premières. Le zinc nickel, qui a majoritairement remplacé le zinc et le cadmium électrolytiques, pourrait bien se voir remis en cause par le coût du nickel. Par ailleurs, certains donneurs d’ordres n’ont pas qualifié cette alternative et le classement des sels de nickel en annexe XVII de Reach n’est peut-être que provisoire.
D’autres axes de développement pourraient concerner les traitements de surface à court ou moyen terme comme la fabrication additive, les traitements de surface conducteurs ou encore les « revêtements intelligents ».
Ce petit panorama met en lumière que les traitements de surface ont toujours été et resteront probablement encore longtemps une composante majeure de l’amélioration des propriétés fonctionnelles des matériaux.
Les difficultés de substitution et/ou d’innovation dans ce métier trouvent sans doute leur explication dans une citation de Wolfgang Pauli : « Dieu a créé le volume et le diable la surface ».

Gilles Cholvy, Expert en ingénierie des surfaces, IFS Consulting

La fabrication additive métallique mobilise et se structure

Apportant agilité et résilience, la fabrication 3D métallique représente une véritable rupture avec les procédés conventionnels. Face à une maturité du marché de la fabrication additive métallique qui tarde à venir, il est primordial de coordonner les forces vives de la R&D. La démocratisation de la fabrication additive métallique dans la chaîne de valeur industrielle nécessite pour ce faire des actions de recherche aux champs très étendus, multidisciplinaires et un effort d’appropriation très important. Différentes plateformes de fabrication additive sont présentes en France mais le marché est mondial et en ébullition.
Tel qu’annoncé lors d’une conférence de presse le 19 octobre 2021, les acteurs français ont ainsi pris l’initiative de se mobiliser pour se structurer (Cetim, Aerospace Valley AddimAlliance, AFH et GIS Head (CNRS), Initiative3D CIMES, et le réseau des instituts Carnot). L’objectif est clairement de favoriser le développement d’un réseau fort qui implique à la fois la recherche et les plateformes avec la mutualisation d’équipements et de compétences, et ainsi de faciliter la diffusion et l’accompagnement des PME et des grands groupes.
Et ce, sans oublier la normalisation, en liaison avec l’UNM, enjeu majeur de compétitivité sur un sujet en pleine émergence pour l’appropriation de standards communs.
Cette cohésion ne s’arrête cependant pas à la mise en place de projets à des stades variés de maturité. Il s’agit également de faire profiter les industriels du maillage régional ainsi établi en s’appuyant pleinement sur les différentes structures régionales pour bien faciliter les passerelles, croiser les roadmaps et favoriser les synergies. Une diversité qui correspond aux besoins des acteurs locaux. Qu’il s’agisse d’AFH en Île-de-France, d’Aerospace Valley Addimalliance en Nouvelle-Aquitaine ou d’Initiative 3D CIMES en Auvergne Rhône-Alpes, ces structures inscrivent leurs travaux au cœur des territoires et le long de l’échelle des TRL (ou niveau de maturité technologique) et s’adossent pour cela à des établissements académiques présents sur les territoires et des centres techniques qui permettent également la dissémination auprès du tissu industriel à l’échelle nationale.
Les industriels accèdent ainsi à un ensemble de plus de 300 personnes impliquées, avec 130 thèses passées ou en cours, et qui a généré plus de 200 publications scientifiques sur le sujet.
Industriels, laboratoires, structures de recherche : cette organisation est « ouverte » à tout nouveau partenaire pour faire avancer et rayonner ensemble la R&D en fabrication additive nationale et faciliter son intégration auprès de l’ensemble des acteurs français…

Pauline Le Borgne, responsable de l’activité Fabrication Additive, Cetim

Un retour énergique ?

Après deux ans de ralentissement pour cause sanitaire, de nombreux secteurs industriels ont vu leur activité redémarrer récemment mais ce n’est pas pour autant que le bout du tunnel est déjà visible. En effet, un acteur nouveau s’est invité dans le paysage économique de nos pays : la flambée des prix de l’énergie. Ce nouveau paramètre demande encore une fois que l’industrie des traitements thermiques et de surface se remette en question : quelles sont les marges de manœuvre en termes d’optimisation des procédés et d’économie ? Comment s’assurer de limiter au maximum les pertes ?
Le contrôle et la mesure, auxquels un dossier est consacré dans ce numéro de Traitements &Matériaux, peuvent apporter quelques éléments de réponse : par exemple, les solutions de profilage optique embarqué peuvent permettre d’améliorer l’efficacité ou de limiter les pertes des procédés. Ces méthodes ne permettront bien entendu pas de résoudre tous les problèmes actuels d’énergie, mais elles permettent d’explorer des voies moins évidentes d’économies car seules la créativité et la collaboration entre acteurs du métier permettront à tous de passer ce cap.
Il est donc plus que jamais nécessaire de garder l’œil et l’esprit ouvert aux nouvelles technologies et aux solutions «alternatives» en termes d’énergie et de diminution de l’utilisation des ressources. On peut ainsi par exemple s’intéresser à l’hydrogène en tant qu’alternative aux carburants fossiles. L’A3TS vous propose deux journées « hydrogène » les 4 et 5 octobre prochains à Paris lors desquelles cet élément sera observé sous tous ses aspects.
Créativité et esprit ouvert nécessitent des travailleurs bien formés. Encouragez donc les jeunes que nous connaissons à entrer dans les filières technologiques, et en particulier dans les filières matériaux qui, à travers la France, sont en demande de personnel qualifié. Et bien sûr, n’hésitez pas à engager vos employés dans des parcours de formation continue.
Car une chose est certaine, l’industrie peut survivre à la pénurie de gaz, mais elle ne survivrait pas à une pénurie d’idées.

Véronique Vitry, présidente de l’A3TS

Nouveaux revêtements innovants : vers l’infini et au-delà !

L’humanité fait face aujourd’hui à des grands défis… Maîtrise du changement climatique, conquête de l’espace pour ne citer qu’eux.
Notre planète est au bord du burn-out, au sens propre malheureusement. Nous, avec un grand N, l’asphyxions chaque jour un peu plus. La bonne nouvelle, c’est que nous pouvons tous, à notre échelle, individuelle et collective, participer à la solution en limitant nos émissions de CO2. Deux grands axes se distinguent aujourd’hui, la décroissance d’une part, les solutions technologiques d’autre part. Chacun a ses défenseurs et ses détracteurs. Mais est-il nécessaire d’opposer ces deux stratégies ?
Nous pouvons baisser le chauffage d’un degré, a priori sans mourir de froid cet hiver, limiter la climatisation, aller chercher le pain et les enfants à pied (en plus c’est bon pour la santé !). Mais certaines activités, productrices de CO2, restent cependant incontournables : difficile d’aller faire ses courses de la semaine pour 5 personnes à pieds, ou bien d’éviter cette réunion annuelle de notre employeur à Toulouse. Dans ce cas, peut-être la technologie peut-elle nous apporter des moyens de réduire nos émissions tout en maintenant des activités qui restent essentielles à notre société et à l’économie ?
Mais quel rapport entre réduire nos émissions de CO2 et les revêtements… ? Pas un rapport, mais une multitude ! Prenons un exemple concret : un moyen de réduire la consommation de carburant d’un moteur thermique, et donc sa production de CO2, c’est de limiter les frottements. Pour cela, on utilise largement et depuis de nombreuses années les revêtements DLC. 
Poussons le raisonnement un peu plus loin… Un bon moyen de réduire la quantité de CO2 émise par le transport d’outils de coupe, c’est d’en transporter moins et/ou moins souvent. Ok, mais quel lien avec les revêtements ? Un outil de coupe, revêtu d’une céramique ultra-dure voit sa durée de vie allongée. On les change moins souvent, on en transporte donc moins et moins souvent, encore quelques tonnes de CO2 économisées !
Allons encore plus loin… si on parlait de pile à combustible ? Ces dispositifs génèrent peu de CO2, voire pas du tout en fonctionnement. Oui mais, je vois mes amis métallurgistes arriver… Et la fragilisation par l’hydrogène? Et la corrosion des plaques bipolaires ? Les revêtements !! Revêtements barrière à l’hydrogène, revêtements anti-corrosion et conducteurs électriques !
Et si on continuait à rêver ? Demain, l’habitat lunaire, ou sur Mars, la conquête de l’espace… ! Oui mais… sur Mars, on n’a pas l’eau courante. Comment recycler efficacement l’eau dans un environnement hostile ? Aujourd’hui, on sait produire un revêtement hautement hydrophobe, antimicrobien qui nous permet d’envisager la collecte de la moindre trace d’humidité et sa désinfection en temps réel. Le futur est déjà là !
Vous l’aurez compris, si les revêtements ne sont pas la réponse à tout, ils sont néanmoins un élément de réponse à considérer. Aujourd’hui, il existe des possibilités quasi-infinies de produire des revêtements, fins de l’échelle nanométrique, ou épais à l’échelle millimétrique. Les procédés connus permettent de déposer des matériaux organiques, inorganiques, de les combiner, en multicouches, en nanocomposites… Les propriétés peuvent être combinées entre elles, c’est l’avènement des revêtements multifonctionnels ! 
Certains procédés permettent d’atteindre des zones du diagramme de phases dont vous aviez à peine osé rêver, d’autres de sortir du diagramme de phases grâce à la chimie hors équilibre, toutes les combinaisons semblent possibles !
Mais revenons un peu sur Terre… Qui dit chimie hors-équilibre, dit nouvelles propriétés, nouvelles applications, et une infinité de possibilités. Reste à s’assurer que nous saurons un jour les industrialiser.

Dr - HDR Marjorie Cavarroc, ingénieur R&T TTS voie sèche, expert Pôle M&P, Safran Tech

Des changements devant nous dans les métiers du traitement des métaux

Ancien directeur scientifique d’ArcelorMittal et président de l’IRT-M2P, j’ai une vision un peu particulière des traitements à faire sur les métaux et sur les évolutions auxquelles ils risquent d’être confrontés.
La première des évolutions est évidemment la transition écologique et les nouvelles règles de gestion des matières, notamment les produits chimiques utilisés dans les traitements de surface. La législation Reach impacte en effet de façon très importante ce secteur d’activité. L’établissement de Duppigheim de l’IRT-M2P est entièrement dédié aux revêtements de surface pas voie liquide et son activité est complètement focalisée sur les développements de bains compatibles avec la réglementation Reach. Il y a beaucoup à faire si on veut éviter des délocalisations massives, comme dans le cas du chromage sans Cr6.
Toujours en lien avec la transition écologique, la diminution de l’empreinte CO2 doit évidemment se poursuivre, notamment la consommation d’énergie des procédés de traitements thermiques ou de traitements de surface par voie gazeuse comme la cémentation ou la nitruration. Là aussi l’IRT-M2P, dans son établissement de Metz réalise des projets pour développer des gammes de traitement minimisant les impacts écologiques grâce aussi à des analyses de cycles de vie pour ces métiers.
Une autre conséquence de cette transition sera un développement important du recyclage. Mon expérience en sidérurgie m’incite à penser que les aciers faits à partir de matériaux recyclés vont devenir la norme. C’est déjà largement le cas pour les aciers spéciaux qui sont déjà faits, dans leur immense majorité, par la voir ferrailles + four électrique. Il y a sans doute pas mal à gagner par un meilleur tri des ferrailles afin de bien recycler des métaux chers tels que le molybdène ou le vanadium. La mise en place de filières de recyclages capables d’améliorer le taux de recyclage des produits en fin de vie va immanquablement compliquer les opérations de tri et risque d’atteindre la précision des visées métallurgiques. Il faudra sans doute en tenir compte et développer des traitements plus robustes vis-à-vis de ce paramètre.
En parallèle, les traitements de surface seront aussi à prendre en compte dans le développement des opérations de tri et de recyclage. Il faudra, encore une fois, adapter les pratiques pour qu’elles ne viennent pas perturber les opérations en fin de vie des produits : le tri et le recyclage proprement dit. 
Enfin, une autre évolution largement entamée est celle de la métallurgie des poudres. Elle connaît un regain d’intérêt avec les techniques de fabrication additive. Cette technologie pose de beaux problèmes pour les traitements ultérieurs comme, par exemple, l’obtention d’états de surface meilleurs.
Bref, la profession va devoir continuer à s’adapter et à innover comme elle l’a toujours fait.

François Mudry, président de l’IRT-M2P

2022, l’année du rebond

C’est avec une grande joie que je vous propose cet éditorial qui matérialisera, j’en suis convaincu, l’année du rebond. La crise a changé nos habitudes et va fortement accélérer le développement de technologies répondant aux grands enjeux sociétaux.
Comme beaucoup d’industries, l’aéronautique a été lourdement touchée avec une réduction drastique des vols. Cette période a engendré des remises en cause profondes et une réorientation d’une partie de la R&D. L’objectif prioritaire concerne la décarbonation de l’aviation pour laquelle Safran vise une réduction de 30 % des émissions de CO2 en moins de 15 ans. En d’autres termes, il s’agira de sauter une génération de moteur grâce à des turbomachines à rendements très supérieurs, à l’utilisation de carburants alternatifs (biocarburants, hydrogène), ou encore une électrification croissante. Au-delà des applications produits, nos usines devront moins polluer (- 30 % dès 2025) moyennant la mise en œuvre de procédés plus vertueux, plus de recyclage, plus de réparation, et la garantie de la souveraineté de nos approvisionnements mise à mal pendant la crise.
La réussite des évolutions technologiques associées passera sans le moindre doute par des matériaux et procédés de plus en plus performants, voire en rupture par rapport à l’existant. Parmi eux, nous pouvons citer la fabrication additive (« impression 3D ») qui offre des possibilités géométriques nouvelles, les matériaux pour les fonctions électriques, et les revêtements multifonctionnels compatibles de la Directive REACH. Par ailleurs, de nouvelles méthodologies numériques accompagneront les développements et viseront à limiter les démarches « essais / erreurs » : la conception de matériaux par métallurgie numérique, la modélisation poussée et l’exploitation de données (IA) dans les procédés de transformation.
Pour réussir cette transition, nous devrons mobiliser toutes nos forces vives, qu’elles soient industrielles ou académiques. L’écosystème français est très riche de ce point de vue et un travail collaboratif interfilières permettra d’avancer plus rapidement.
En tant que membres de la communauté des matériaux & procédés, nous aurons également à porter un regard particulier sur la formation pour accompagner l’évolution de nos métiers, et surtout de susciter un intérêt pour nos filières matériaux auprès des plus jeunes. Ne ratons aucune occasion de valoriser nos Métiers qui seront encore plus passionnants dans les années à venir.
Toutes ces raisons sont porteuses d’espoir et de motivation.
Bonne année 2022 à tous et longue vie à l’aéronautique.

Olivier Delcourt, Head of materials & processes department, Safran Tech