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Pénétrants exempts d’hydrocarbures

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Écrit par Administrator
Vendredi, 01 Mai 2009 10:54

Mai 2009
(Document actualisé en juin 2013)

Les pénétrants exempts d’hydrocarbures constituent une catégorie très particulière de pénétrants, comprenant en fait deux "sous catégories" vraiment différentes. Presque tous les fabricants de produits de ressuage en ont dans leur gamme de produits. Pour autant ceux-ci ne représentent pas une part substantielle de leurs ventes !

Les deux "sous- catégories" sont :

• Les pénétrants exempts de solvants organiques. Notez que d’autres pénétrants de cette sous-catégorie sont presqu’exempts de solvants organiques car leur formule comprend des colorants liquides (colorant dilué dans des solvants organiques à l’état de livraison).

• Les pénétrants à base aqueuse.

1- Les pénétrants exempts de solvants

Vers 1975(1), une Société américaine presqu’inconnue dans le monde du CND conçut et breveta des prétendus "pénétrants biodégradables". Certains concurrents essayèrent de les copier, mais le brevet était si bien verrouillé qu’ils échouèrent – pendant quelque temps.

Notez que les pénétrants de cette gamme du Type 1, Méthode A, sensibilité de niveau 1 à 4, sont inscrits dans la liste des produits homologués annexée à la spécification américaine SAE-AMS 2644.

La principale différence avec les "pénétrants classiques" : la composition des pénétrants exempts de solvants organiques comprend des colorants fluorescents dissous dans un mélange d’agents de surface (ou agents tensioactifs) non ioniques.

Les différents niveaux de sensibilité sont obtenus en utilisant des concentrations différentes de colorants et différents mélanges d’agents de surface (ou agents tensioactifs).

L’un des principaux buts était de faciliter le traitement des eaux usées. Même en ces "temps reculés", les réglementations californiennes étaient strictes.

Le problème est que ces pénétrants ne sont pas, et de loin, aussi "biodégradables" qu'ils sont sensés l’être. En fait, leur DBO (demande biologique en oxygène) et leur DCO (demande chimique en oxygène) sont si énormes qu'elles pourraient déséquilibrer des installations de traitement des eaux usées ! Bien sûr, ils peuvent être "détruits" par des bactéries plus rapidement que leurs homologues à base d'hydrocarbures. Mais cet "avantage" exige beaucoup plus d'oxygène dans un temps plus court, d’où le déséquilibre !

Néanmoins, en raison de leur formule, ces pénétrants sont faciles à laver et présentent une résistance remarquable au surlavage.

Mais un inconvénient pour les utilisateurs de cuves de pénétrants est leur forte viscosité. Les pertes par entraînement par les pièces traitées et l'équipement (paniers, crochets, etc.) peuvent être impressionnantes. La consommation est plus importante ; il y a beaucoup plus de pénétrant à éliminer de la surface par lavage... et plus de pénétrant à traiter dans l'installation de traitement des eaux usées ! Ajoutez à cela un prix plus élevé des produits, en raison du coût des matières premières... et il est très facile de comprendre pourquoi les utilisateurs furent peu disposés à basculer vers ces pénétrants !

2- Les pénétrants à base aqueuse

Le premier pénétrant à base aqueuse a été conçu dans les années 60 : la NASA recherchait le moyen de vérifier l’étanchéité des circuits d'oxygène liquide sur les fusées, parmi elles la Saturne 5 - la fusée la plus puissante, la plus haute, la plus lourde jamais fabriquée.

Quelques utilisateurs demandent aux fabricants/fournisseurs de produits de ressuage de leur fournir des certificats stipulant que leurs produits sont compatibles avec l'oxygène liquide. Cela n’est pas possible car les fournisseurs n'ont aucune maîtrise de la mise en œuvre de leurs produits par les utilisateurs. L'oxygène liquide est très dangereux au contact de n'importe quelle substance organique (une simple empreinte digitale !). Même les pénétrants à base aqueuse renferment certains composés organiques (c'est-à-dire à base de carbone) dans leurs formules : des colorants, des agents de surface (agents tensioactifs).

Si des pénétrants "classiques", ceux à base d’hydrocarbures, sont utilisés pour contrôler des pièces prévues pour fonctionner ultérieurement dans l’espace, un dégazage lent des hydrocarbures sous vide peut se produire, polluant les télescopes, par exemple. Après ressuage avec un pénétrant à base aqueuse, il est plus facile (pas facile, plus facile) de faire évaporer l’eau avant d’assembler les pièces contrôlées.

Une spécification(2) traite d’un pénétrant stable, non corrosif, à support aqueux qui peut être dilué avec une quantité appropriée d’eau avant utilisation. Ce pénétrant fluorescent est spécifiquement conçu pour la détection de discontinuités ouvertes et débouchant en surface de pièces et d’assemblages, qui peuvent être en contact avec l’oxygène liquide ; aucun résidu d’hydrocarbure n’est toléré dans cette condition spécifique. Cependant, l’utilisation d’un tel pénétrant ne se limite pas à une telle application et il peut être utilisé dans bien d’autres cas, sur des pièces soumises à des exigences moindres.

Les pénétrants à base aqueuse peuvent être plus économiques que leurs équivalents à base d’hydrocarbures. Certains pénétrants sont fournis sous forme de concentrés qui peuvent être dilués jusqu’à 50/50 dans l’eau. De plus, moins d’hydrocarbures signifie moins de charbon actif nécessaire pour le traitement des eaux usées : le même filtre peut avoir une plus grande longévité avec les pénétrants à base aqueuse.

Néanmoins, il n’est pas facile de prévoir la réduction de consommation de charbon actif. Plusieurs paramètres interagissent : le type de charbon actif (poudre, granulés, etc.), de quoi il est fait (noix de coco, houille, etc.), comment il est activé (activé chimiquement ou activé à la vapeur), le pouvoir d’adsorption vis-à-vis de tel ou tel hydrocarbure, d’autres substances chimiques qui peuvent affecter le mode "d’attraction" des hydrocarbures par le charbon actif, la vitesse de passage et le temps de traitement et probablement quelques effets dus aux agents de surface (agents tensioactifs).
Ayez présent à l’esprit que moins d’hydrocarbures dans la formule du pénétrant égale plus d’agents de surface (agents tensioactifs) ! Aussi une baisse de consommation de charbon de seulement 20 % peut être observée, et parfois de 50 %, voire même de 60 % ! Seuls des essais en vraie grandeur, sur la véritable eau usée, peuvent confirmer.
De plus, bien souvent, c’est même plus complexe : imaginez le nombre d’installations de traitement des eaux usées connectées à plusieurs chaînes de ressuage. Par exemple, un pénétrant lavable à l’eau de sensibilité Niveau 2, un pénétrant à post-émulsion de sensibilité Niveau 3 et un pénétrant à post-émulsion de sensibilité Niveau 4. Vous pouvez comprendre qu’au cours des jours, des semaines, le mélange dans les eaux usées variera énormément. Certains jours, 80 % des pièces passeront dans le pénétrant lavable à l’eau de sensibilité Niveau 2, alors que le jour suivant, peut-être 80 % seront traitées avec les pénétrants à pos-émulsion.

Les pénétrants à base aqueuse sont utilisés pour :
• Le contrôle d’étanchéité.
• Les pièces de fonderie en alliages légers.
• Des pièces en céramiques (prothèses de hanche, autres prothèses, soupapes pour les moteurs à haute performance, etc.).
• Des pièces en matières plastiques thermoplastiques et thermodurcissables (après que essais de compatibilité à long terme ont donné des résultats satisfaisants).
• Certaines pièces en certains matériaux composites (sous réserve de résultats satisfaisants d’essais préliminaires de compatibilité).
• La porosité de revêtements organiques : polytétrafluoroéthylène (PTFE) par exemple.
• La porosité des revêtements métalliques : dépôt de nickel chimique, par exemple.
• Etc.

Certains pénétrants à base aqueuse sont conçus comme pénétrants colorés. Comme un pénétrant coloré doit avoir une teneur en colorant beaucoup plus élevée qu’un pénétrant fluorescent, le colorant doit être plus facile à dissoudre dans l’eau. En fonction des matières premières, de la concentration en colorant et d’autres paramètres, les pénétrants colorés à base aqueuse peuvent être rouge rosé à rouge carmin en lumière blanche et émettre une fluorescence plus ou moins rose sous rayonnement ultraviolet (UV-A).

Ce sont en fait des pénétrants mixtes (Type III conformément à la norme ISO 3452). Ayez présent à l’esprit qu’AUCUN PÉNÉTRANT MIXTE NE FIGURE COMME PÉNÉTRANT FLUORESCENT DANS LA LISTE DES PRODUITS HOMOLOGUÉS DE LA SPÉCIFICATION AMÉRICAINE SAE-AMS 2644.

La rhodamine est LE colorant et s’il y en a plus de 1 %, le pénétrant doit être étiqueté comme :
• Xn = Nocif.
• R 40: Possibilité d'effets irréversibles.

En effet, il s'agit d’une substance classée cancérogène, catégorie 3, selon l'INRS (Institut National de Recherche et de Sécurité).

Jusqu’à maintenant, en parlant de pénétrants à base aqueuse, nous avons sous-entendu qu'il s'agit de pénétrants lavables à l'eau.

Les pénétrants à base aqueuse à post-émulsion existent-ils ?

Votre réponse : "Je n'en ai jamais entendu parler".
"Probablement parce qu’aucun n’existe".
Vous avez raison.

Serait-ce une bonne idée si un fabricant concevait un tel nouveau pénétrant ? Bien que "l’utilisateur moyen" puisse répondre "oui", il serait peut-être bon d’y réfléchir à deux fois.

Quelques explications peuvent aider à comprendre.

Le système à post-émulsion hydrophile actuel bien éprouvé repose sur le principe de non-miscibilité entre le pénétrant à post-émulsion et l'eau. L'émulsifiant hydrophile change un peu la situation. Même très dilué à l'eau, l’émulsifiant peut, plus ou moins rapidement, se mélanger au pénétrant.

Si nous inversons le système, cela signifie que le pénétrant à base aqueuse à post-émulsion doit entrer en contact avec un émulsifiant ne contenant… pas d’eau du tout !! Eh bien, cela signifie que l'émulsifiant devrait être à base... d'hydrocarbures et d’agents de surface (ou agents tensioactifs), et être utilisé pur. Cela ne vous rappelle rien ?? Vous êtes sûr ? L'émulsifiant lipophile... ça vous revient !!!

Cet émulsifiant sera probablement utilisé en cuve, en y immergeant les pièces. À propos, comme le pénétrant qui reste sur les pièces est à base aqueuse… l’émulsifiant se chargera de plus en plus en pénétrant… mais aussi en eau. Eh bien, nous devons nous demander quels en sont les avantages techniques, et en ce qui concerne les coûts qui entrent en ligne de compte… point de solution en vue !

3- La sensibilité des pénétrants à base aqueuse

Certains pénétrants fluorescents à base aqueuse sont inscrits dans la liste des produits homologués conformément à la spécification américaine SAE-AMS 2644. De tels pénétrants homologués aux sensibilités de niveaux ½, 1 et 2 peuvent être utilisés conformément à cette spécification. Au moment où cet article est actualisé (juin 2013), aucun pénétrant de sensibilité Niveau 3 n’est inscrit. En général, les pénétrants lavables à l’eau de sensibilité Niveau 4 sont rarement utilisés et il est probable qu’aucun fabricant de produits de ressuage ne perdrait du temps et de l’argent pour essayer d’en concevoir un à base aqueuse.

Néanmoins, au début des années 2000 un fabricant s’était fixé comme objectifs :
• Éliminer des formules toutes les substances potentiellement dangereuses, en particulier celles suspectées être cancérigènes, neurotoxiques ainsi que les perturbateurs endocriniens.
• Concevoir une gamme complète de pénétrants fluorescents lavables à l’eau depuis la sensibilité Niveau ½ jusqu’à la sensibilité Niveau 4.

Le premier objectif fut brillamment atteint.
Le second était beaucoup trop difficile à atteindre. Seules, les sensibilités Niveau ½ et Niveau 1 furent homologuées.

De plus, les responsables qui avaient pensé qu'une gamme complète de pénétrants fluorescents à base d'eau serait un prodigieux saut en avant, n'avaient pas le contact avec les utilisateurs !

Beaucoup d’utilisateurs de pénétrants fluorescents lavables à l’eau de sensibilité Niveau 2, au moins dans l’industrie aéronautique, utilisent la pulvérisation électrostatique pour appliquer les pénétrants. Remplacer les bases pétrolières par de l’eau rendait obligatoire… d’acheter un équipement entièrement neuf, car les différences en ce qui concerne les exigences techniques et de sécurité sont si grandes que le même équipement ne peut pas être utilisé pour les deux. À oublier !

4- Révélateurs hydrosolubles

Un point rarement traité dans les normes/spécifications de ressuage concerne la restriction d’emploi du révélateur hydrosoluble (forme b de la norme ISO 3452-2:2006 et de la spécification SAE-AMS 2644E). En effet, ce révélateur, rarement utilisé, est incompatible avec les pénétrants colorés et les pénétrants lavables à l’eau et a fortiori avec les pénétrants à support aqueux.
La norme ASTM E1417/E1417M – 11ε1 stipule cette restriction d’emploi.

La raison pour laquelle le révélateur hydrosoluble ne peut pas être utilisé avec les pénétrants colorés est qu'il fournit un fond blanc insuffisant pour montrer les indications. Et il ne peut pas être utilisé avec les pénétrants fluorescent lavables à l’eau parce que le pénétrant et le révélateur hydrosoluble sont mutuellement solubles. Par conséquent, le révélateur hydrosoluble délave toutes les indications.

Jusqu’au début des années 80, un centre aéronautique de réparation de moteurs d’avions militaires a utilisé un pénétrant fluorescent lavable à l’eau (Niveau IV de la spécification militaire MIL-I-25135 C, ce qui correspondrait à la sensibilité Niveau 2 de la spécification SAE-AMS 2664 qui l’a remplacée) avec un révélateur hydrosoluble pour le contrôle de pièces chaudronnées tels que carters moteurs.

Nous pouvons nous interroger concernant la sensibilité réelle de ce procédé.

Les pénétrants fluorescents à base aqueuse sont le plus souvent utilisés sans révélateur en utilisant leurs propriétés autorévélatrices.

5- Conclusion

Les pénétrants exempts d’hydrocarbures présentent certains avantages et certains inconvénients, quand on les compare aux pénétrants à base pétrolière. Les pénétrants lavables à l’eau à base aqueuse, à notre opinion, ne sont pas prêts de remplacer les "pénétrants classiques" à grande échelle, tout du moins dans les industries aéronautiques/aérospatiales.

Les services Qualité dans ces industries préfèrent faire confiance à des produits qui ont fait leurs preuves. De l'eau dans les pénétrants signifie des risques plus élevés de corrosion sur certains matériaux ; des pénétrants fournis sous forme de concentrés doivent être dilués avec de l'eau par les utilisateurs. L'eau s'évapore des cuves beaucoup plus rapidement que les hydrocarbures, d’où risques de modifications rapides de concentrations, même dans un laps de temps d’une journée, et le changement non-contrôlé de la sensibilité, de la lavabilité et de la résistance au surlavage

Nous avons constaté en France que l'homologation pour l'utilisation de pénétrants fluorescents à base aqueuse s’effectue toujours au cas par cas.

D'autre part, ces pénétrants ont obtenu une impressionnante part de marché dans l’industrie automobile pour le contrôle des pièces de fonderie en aluminium, notamment en Allemagne, aussi en France et probablement dans d'autres pays européens.

Références

(1) Pierre CHEMIN et Patrick DUBOSC, Historique de ressuage, juin 2008 : Sur notre site Internet.

Références normatives

(2) SAE-AMS 3158C Solution, Fluorescent Penetrant, Water Base for LOX Compatibility, Society of Automotive Engineers (SAE), 400 Commonwealth Drive, Warrendale, Pennsylvania 15096, États-Unis, 2009.

• SAE-AMS 2644E: Inspection Material, Penetrant, Society of Automotive Engineers (SAE), 400 Commonwealth Drive, Warrendale, Pennsylvania 15096, États-Unis, 2006.

• ISO 3452-2:2006 Essais non destructifs - Examen par ressuage - Partie 2 : Essai des produits de ressuage, Organisation Internationale de Normalisation, Genève, Suisse, 2006.

• ASTM E1417/E1417M – 11ε1, Standard Practice for Liquid Penetrant Testing, ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA, 19428-2959, États-Unis d’Amérique, 2011.

• Spécification militaire américaine MIL-I-25135C, Inspection Materials, Penetrants, 21 octobre 1959.

Mis à jour ( Dimanche, 12 Mai 2013 16:21 )