7.0 LE DÉGRAISSAGE ET LE NETTOYAGE DES SURFACES MÉTALLIQUES

7.2 Produits de substitution

7.2.10 Nettoyants aqueux alcalins

Description Ce sont les produits les plus utilisés et peuvent éventuellement remplacer 75-90 % du 1,1,1-trichloroéthane et du CFC-113 actuellement utilisés (Words and Publications,1992 ). Ils agissent par saponification, soulèvement, dispersion des particules ou en raison de leur pouvoir émulsifiant (Energy Pathways Inc.,1994 ). Le soulèvement est le principe d'action le plus important : leur plus grande affinité pour le substrat les amène à s'infiltrer sous la salissure (Quitmeyer,1991 ). Les nettoyants non émulsifiants facilitent la séparation des salissures huileuses et par le fait même, le recyclage (USEPA,1989a ). Dans les systèmes d'immersion, le bain est filtré et écumé, et les pièces sont retirées et séchées. Le tableau 7.5 présente les composants typiques des nettoyants aqueux alcalins.

Le spectre de salissures contre lesquelles les nettoyants aqueux sont efficaces est plus restreint que celui des solvants halogénés, et leur efficacité dépend davantage de la nature des salissures (Energy Pathways Inc.,1993 ; Johnson,1991a ). Ils sont toutefois efficaces contre (Energy Pathways Inc.,1994 ; Energy Pathways Inc.,1993 ; Johnson,1991a ; Quitmeyer,1991 ):

Chauffés ou appliqués de concert avec l'action mécanique, ils sont aussi efficaces contre la vaseline et les cires à point de fusion élevé (Quitmeyer,1991 ).

Pour les surfaces peintes ou certaines autres applications ne nécessitant pas d'alcalinité, on recommande un nettoyant neutre; cela implique le choix d'un nettoyant renfermant des agents tensioactifs non ioniques sous forme de concentrés (Marbek Resource Consultants,1993 ).

Les nettoyants aqueux alcalins sont compatibles avec la plupart des substrats. Cependant les nettoyants à base d'hydroxyde de sodium sont incompatibles avec l'aluminium (Energy Pathways Inc.,1993 ; Words and Publications,1992 ). Ils peuvent nettoyer les particules et les pellicules mieux que ne le feraient les nettoyants à base de solvants (Energy Pathways Inc.,1994 ).

Mode d'utilisation Les nettoyants aqueux alcalins sont utilisés dans des systèmes d'immersion et de projection.

Immersion Les bains sont généralement chauffés entre 50ºC et le point d'ébullition, mais certains produits gardent leur efficacité à basse température (Mahieu,1994 ). Le bain peut être agité ou «mort». L'agitation peut être assurée mécaniquement, avec des pompes de circulation ou à hélice, par l'injection d'air comprimé ou aux ultrasons. Cette dernière méthode est particulièrement commune dans les systèmes à petite échelle (Mahieu,1994 ; Words and Publications,1992 ). Les nettoyants aqueux sont plus susceptibles à la cavitation que ne le sont le CFC-113 et le 1,1,1-trichloroéthane, ce qui les rend plus performants dans des systèmes agités aux ultrasons (Energy Pathways Inc.,1994 ). Les pièces peuvent être accrochées sur un support, placées dans des paniers, ou déposées dans des tonneaux rotatifs (Mahieu,1994 ).

Il est possible de modifier un appareil de dégraissage en phase vapeur pour l'utiliser comme bain de nettoyants aqueux. Ceci implique de débrancher les serpentins de refroidissement, de relever le niveau du liquide pour permettre l'immersion des pièces et, au besoin, l'introduction d'un tube d'air comprimé pour permettre l'agitation (Quitmeyer,1991 ).

L'immersion se prête bien à tout genre de nettoyage de métaux, bien que des appareils spécialisés puissent s'avérer nécessaires lorsque les pièces sont délicates, tubulaires ou de forme complexe (Words and Publications,1992 ). Ce type de nettoyage exige aussi des équipements spécifiques, à savoir des bains chauffants, des sécheurs, des équipements automatisés de manutention, des appareils de filtration, et des installations de recyclage et de traitement d'eau (Words and Publications,1992 ).

Projection Facultatif dans bien des cas, le nettoyage par projection est obligatoire lorsque les pièces sont de forme complexe (Lea,1993 ). La solution est projetée sur les pièces dans des enceintes ou des tunnels sous une pression de 100-400 kPa à une température d'environ 60ºC (Mahieu,1994 ). La projection peut aussi se faire à la lance, avec ou sans vapeur, à une pression de 3 000-4 000 kPa ou encore par rideau d'eau (Lea,1993 ; Mahieu,1994 ). Le nettoyage par projection se prête mieux aux chaînes multiétages en ligne qu'aux chaînes de nettoyage en lots. Dans tous les cas, l'eau de procédé doit être adoucie, pour empêcher le colmatage des buses. Le plus souvent, le séchage des pièces est réalisé par une lame d'air.

Peu importe la technique utilisée, le nettoyage aqueux doit toujours être suivi d'une étape de séchage. Celle-ci peut être évitée si le procédé suivant est aussi à base aqueuse, par exemple l'électroplacage ou le phosphatage, ou encore, s'il n'est pas sensible à la présence de l'eau.

Pour éviter les taches d'eau et la contamination ionique des pièces nettoyées, il importe de traiter l'eau utilisée lors du nettoyage (Lea,1993 ). Le degré de pureté requis est fonction à la fois de la nature des pièces et du procédé de séchage employé. Le recours à l'eau déionisée (conductivité de 0,1-1,0 µmho/cm) assure une surface libre de taches peu importe le substrat, même si le séchage ne se fait que par simple évaporation (Energy Pathways Inc.,1994 ; Lea,1993 ). L'eau du robinet est généralement satisfaisante si le séchage se fait par lame d'air (Lea,1993 ).

Avantages Les nettoyants aqueux ne sont pas classés comme COV et ont un PDO nul (Energy Pathways Inc.,1993 ; Quitmeyer,1991 ).

Les agents tensioactifs anioniques sont hautement biodégradables et le gluconate de sodium, présent en tant qu'agent complexant, n'est que faiblement toxique pour l'environnement (Sørensen,1994 ).

Désavantages Les sulfates alkylés peuvent être contaminés par le 1,4-dioxane, un cancérogène et allergène (Sørensen,1994 ). Les agents tensioactifs non ioniques tels que les éthoxylates d'alkylphénol peuvent renfermer de petites quantités d'oxyde d'éthylène, un cancérogène et un allergène (Sørensen,1994 ). Les sulfonates en général, et surtout les sulfonates ramifiés, ne sont que faiblement biodégradables et leurs effets à long terme sur la santé sont inconnus (Marbek Resource Consultants,1993 ; Sørensen,1994 ).

À cause de la nature caustique et irritante des solutions les plus souvent utilisées, ce type de nettoyage comporte quelques risques pour la santé. Ces risques, notamment ceux de lésion et d'irritation, sont particulièrement aigus lors de la préparation des solutions et lorsque ces dernières sont chauffées. Ils sont particulièrement élevés lors du nettoyage par projection, à cause des possibilités d'éclaboussures (Mahieu,1994 ).

Les éthoxylates d'alkylphénol (p. ex. l'éthoxylate de nonylphénol) utilisés dans certaines préparations comme agents tensioactifs, sont peu biodégradables et engendrent des métabolites toxiques dans l'environnement. Les polymères de masse (p. ex. le polyéthylène glycol) employés aux mêmes fins, se dégradent lentement dans l'environnement. Leur usage devrait être évité; ils peuvent notamment être remplacés par les éthoxylates alkylés (e.g. éthoxylate de dodécyle ou de nonyle), plus biodégradables (Sørensen,1994 ).

Les agents complexants à base de tripolyphosphates de sodium et de potassium sont irritants pour les yeux, la peau et les voies respiratoires; aucune information n'est disponible sur leurs effets à long terme sur la santé. Ces produits provoquent aussi l'eutrophisation. Le nitriloacétate de sodium forme des complexes très forts avec les ions métalliques et contribue ainsi à la dissémination des métaux lourds dans l'environnement en les entraînant dans les effluents aqueux. Pour cette raison, et aussi à cause de ses effets cancérogènes, son usage devrait être évité. L'acide éthylènediaminetétraacétique est reprotoxique et exerce les mêmes effets environnementaux que le nitriloacétate de sodium. Son usage est aussi à éviter. L'acide borique ainsi que les borates sont des reprotoxiques et malgré leur faible toxicité environnementale, leur usage devrait être évité (Sørensen,1994 ).

Le nitrite de sodium, agent anticorrosif, est un reprotoxique et un cancérogène potentiel. Sa toxicité environnementale est élevée et son usage devrait être évité. Les agents anticorrosifs à base d'éthanolamines renferment toujours un mélange de mono-, di- et triéthanolamine. Ces produits sont des allergènes et mutagènes ainsi que des cancérogènes potentiels. De plus, ils sont hautement toxiques pour l'environnement. Leur usage devrait être évité (Sørensen,1994 ).

Les nettoyants aqueux sont peu efficaces pour le nettoyage de pièces complexes et certains nettoyants peuvent être incompatibles avec l'aluminium (Energy Pathways Inc.,1993 ; Words and Publications,1992 ).

Un bon rinçage des pièces peut être nécessaire parce que les détersifs inclus dans ces nettoyants peuvent être fortement ioniques (Lea,1993 ). La contamination ionique de l'eau peut favoriser la corrosion ou l'entartrage des pièces et équipements (Energy Pathways Inc.,1994 ). Ceci peut être minimisé en partie par le recours à l'eau déionisée et le séchage en profondeur (Energy Pathways Inc.,1994 ).

La projection de nettoyants aqueux génère aussi de grands volumes d'effluents liquides et le respect des normes environnementales exige l'installation de systèmes de surveillance et de traitement d'effluents (Energy Pathways Inc.,1994 ; Lea,1993 ; Mahieu,1994 ).

Le séchage, que ce soit par lame d'air ou par évaporation, est un long processus énergivore et dispendieux (Lea,1993 ). À cause de la tension superficielle élevée de l'eau, le séchage des trous borgnes et des espaces étroits peut s'avérer particulièrement difficile (Energy Pathways Inc.,1994 ).

Performance Les nettoyants aqueux ont été adoptés dans plusieurs secteurs, y compris les secteurs aérospatial, automobile et de l'électroplacage. Dans l'industrie automobile, certaines entreprises ont remplacé le dégraissage en phase vapeur des pièces en métal et en plastique par le nettoyage aqueux par immersion sur convoyeur. Dans l'industrie de l'électroplacage, un système de nettoyage aqueux à 140ºC a remplacé le dégraissage en phase vapeur ou à l'hydroxyde de sodium ou de potassium (Quitmeyer,1991 ).

Le fabricant aérospatial américain Martin Marietta a entrepris une série d'études de nettoyants aqueux dont l'usage pouvait remplacer le dégraissage en phase vapeur au 1,1,1-trichloroéthane (Snyder,1990 ). Après avoir exclu le Coors Bio T (MD) et le Bioact EC 7 (MD) pour des motifs d'inflammabilité, le Simple Green (MD) à causé des problèmes reliés à l'élimination des déchets, et le Turco (MD) 3878 à cause de problèmes de corrosion de l'aluminium 2014-T6, ils ont mis à l'essai le Daraclean (MD) 282 et le Quaker 624GD (MD). Seul le Daraclean (MD) 282 a réussi à nettoyer l'aluminium 2014-T6 contaminé par l'huile de poisson, l'huile minérale, la glycérine, l'huile de machine, les encres de maquette et les estampes d'usinage. En laboratoire, la qualité du nettoyage réalisée avec le Daraclean (MD) 282 était visiblement supérieure à celle obtenue par le dégraissage en phase vapeur. Martin Marietta a donc choisi le nettoyage aqueux avec le Daraclean (MD) 282 pour tout alliage de titane, d'acier inoxydable et d'acier au carbone.

Une division du fabricant aérospatial américain General Dynamics a entièrement remplacé le dégraissage aux solvants par le nettoyage aux produits aqueux alcalins (Words and Publications,1992 ).

Les forces armées de l'air des États-Unis ont évalué la capacité de divers produits à enlever la cire de placage, l'huile, la graisse, la calamine sur des pièces de moteurs d'avions ou encore sur les avions mêmes (Copeland,1990 ). Pour être jugé acceptable, la propreté des pièces devait être telle qu'elles puissent subir l'inspection au moyen de liquides fluorescents pénétrants et être peintes.

Les nettoyants aqueux évalués – c'est-à-dire le 3D Supreme (MD) et le Fremont 776 (MD) – ont mieux réussi les essais que les nettoyants à base de solvants organiques. Ils ont enlevé l'huile et la graisse de toutes les pièces, et ont enlevé 80 % de la calamine. Selon les préposés au nettoyage, ce type de nettoyage était plus performant que le dégraissage en phase vapeur. Ces nettoyants n'ont pas enlevé la cire de placage ni la calamine, même après une immersion de 90 minutes. Ils se sont aussi avérés inefficaces contre la corrosion.

Quant aux nettoyants à base de solvants organiques, le De-Solv-It (MD) (Orange-Sol) a relativement bien enlevé la cire de placage après 30-45 minutes. L'Exxate 1000 (MD) (Exxon) a aussi réussi à enlever la cire de placage, mais à un moindre degré; de plus, il a provoqué des maux de tête chez les préposés au nettoyage.

Aucun produit n'a donc réussi à enlever complètement la calamine. Puisque les produits utilisés pour enlever la corrosion et la calamine enlèvent aussi ces dépôts, il n'y a aucun avantage à utiliser les nettoyants aqueux pour les enlever.

Coûts Ces produits sont peu coûteux mais les investissements d'immobilisation nécessaires peuvent être plus élevés que ceux associés aux solvants traditionnels; l'adaptation des équipements en place réduirait évidemment ces coûts (Energy Pathways Inc.,1994 ; Energy Pathways Inc.,1993 ; Johnson,1991a ). Il reste que l'importance des coûts d'immobilisation est très variable d'une entreprise à l'autre. On rapporte que les coûts peuvent être en deçà de ceux associés aux systèmes traditionnels mais qu'ils peuvent aussi être deux fois plus élevés (Energy Pathways Inc.,1994 ).

Les systèmes de nettoyage aqueux peuvent être plus ou moins encombrants que les systèmes qu'ils remplacent (Energy Pathways Inc.,1994 ; Energy Pathways Inc.,1993 ; Johnson,1991a ).

L'introduction d'un système de nettoyage aqueux peut aussi engendrer des coûts énergétiques additionnels reliés aux étapes de rinçage et de séchage (Energy Pathways Inc.,1994 ; Energy Pathways Inc.,1993 ). Ces coûts peuvent être contrés en partie par le recyclage de l'eau et la récupération de la chaleur

(Johnson,1991a ). Encore ici, les coûts rapportés par diverses compagnies varient énormément (Energy Pathways Inc.,1994 ).

L'implantation d'un système de nettoyage à base de nettoyants aqueux ne semble pas avoir d'incidence sur les coûts de main-d'oeuvre (Energy Pathways Inc.,1994 ).

Le besoin en eau très pure, exigé par certains procédés, peut entraîner des coûts supplémentaires (Energy Pathways Inc.,1994 ). Les effluents aqueux doivent être traités avant d'être rejetés dans l'environnement, ce qui représente des coûts supplémentaires par rapport au nettoyage aux solvants (Energy Pathways Inc.,1993 ).