Des outils de contrôle de l inspecteur sur site aux expertises en laboratoire

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1 Des outils de contrôle de l inspecteur sur site aux expertises en laboratoire Céline Merlatti Docteur-Ingénieur en physico-chimie des polymères Inspecteur ACQPA / FROSIO Service Ingénierie des Matériaux 1 1

2 Présentation du Service Ingénierie des Matériaux Le SIM : Situé au sein d une école d ingénieur, SeaTech Mis en place pour donner accès aux industriels à un ensemble d équipements et de compétences scientifiques Une équipe de docteurs et d ingénieurs permanents (5 personnes) Plus de 15 ans d expérience Une certification ISO 9001 depuis 2002 Les domaines de compétence Expertises Etudes, essais, caractérisations et analyses des matériaux Expertise peinture suite à avarie Expertise corrosion Analyse chimique de polymères Vieillissements artificiels et naturels Formation continue Stage «Inspecteur ACQPA/FROSIO» Stage «Conducteur de travaux ACQPA» Stage introductif à l inspection des peintures Aujourd'hui 741 personnes formées, Pour la certification des inspecteurs, 380 stagiaires => 63% de réussite à l'examen Ils nous font confiance 2

3 Méthodologie d analyse proposée Conditions climatiques INSPECTION «TERRAIN» Contrôle de la qualité de la préparation de surface Degré de soin ISO et -2 Rugosité ISO et -5 Détection des poussières ISO Détection des contaminants solubles ISO et -9 Contrôle de la qualité du film sec Observations visuelles ISO , -2 Epaisseurs ISO et NFT Jauge d'inspection des peintures ASTM D4138 Test d adhérence par traction ISO

4 Méthodologie d analyse proposée INSPECTION «TERRAIN» Prélèvements EXPERTISE «LABO» Recherche des contaminants de surface Mesure de l épaisseur de chacune des couches du système Analyses des charges, pigments Détermination de la famille chimique de la peinture Recherche de solvants résiduels, de plastifiants Détermination de la Tg, phénomène de post-réticulation 4 4

5 L expertise «revêtement» une stratégie d analyse à plusieurs niveaux Système anticorrosion Corrosion - Conception générale d un ouvrage => Cas n 2 : désordres de type craquelage sur système de peinture => Cas n 3 : corrosion de vannes Substrat acier Préparation de surface => Cas n 1 : bilan avant remise en peinture 5 5

6 Cas n 1 : bilan initial avant remise en peinture Passerelle piétonne au dessus d unerivière Problème rencontré : dégradation importante du revêtement Objectif : expliquer les causes de ces défaillances prématurées 6 6

7 Cas n 1 : bilan initial avant remise en peinture Résultat de l analyse «terrain» : Observations visuelles : ISO : degré d'enrouillement Ri2 ISO : degré de craquelage 5, sans direction préférentielle, plutôt de type mosaïque Contrôle des épaisseurs à l aide du mesureur à flux électromagnétique et du P.I.G. : Application de la peinture hétérogène : Importante disparité au niveau des épaisseurs, Présence d'une ou deux couches de nature différentes et selon les zones 7 7

8 Cas n 1 : bilan initial avant remise en peinture Résultat de l analyse «terrain» (suite): Valider la présence d une préparation de surface : Présence de résidus de calamine, de traces d'oxydation Absence de rugosité, donc absence de préparation de surface initiale Calamine (gris foncé) et rouille => système anticorrosion défectueux et absence de préparation de surface 8 8

9 Cas n 1: bilan initial avant remise en peinture Analyse «Labo» Analyse MEB / EDS - méthode d analyse pour réaliser : 1. des observations : visualisation des différents constituants d une peinture (charges, pigments ) mesure des épaisseurs de couche, rugosité 2. analyse élémentaire de l échantillon constituants d une peinture, recherche de contaminants 9 9

10 Cas n 1: bilan initial avant remise en peinture Analyse «Labo» Analyse MEB / EDS Validation du nombre de couches et des épaisseurs : Deux systèmes de peinture existent sur l'ouvrage Cas du système composé d'une couche : peinture riche en TiO 2, présence de CaCO 3 en quantité plus faible 10 10

11 Cas n 1 : bilan initial avant remise en peinture Analyse «Labo» Analyse MEB/EDS Recherche de contaminants de surface : Les analyses ont permis de mettre en évidence d'au moins un contaminant de surface, du soufre. O, Ca, Mg, Al, Si, Ti sont probablement des résidus de la peinture Présence de soufre (agent corrosif) Fe attribuable à des oxydes de fer (oxydation présente sur le substrat) 11 11

12 Cas n 1: bilan initial avant remise en peinture Analyse «Labo» Analyse IRTF par mode ATR (ReflexionTotale Atténuée)- Principe : Surface de l échantillon directement en contact avec le cristal ATR Résultat obtenu : «signature» de la famille chimique de la peinture 12 12

13 Cas n 1 : bilan initial avant remise en peinture Analyse IRTF : 0,20 0,18 Analyse des 1ers micromètres du système 1 Analyse «Labo» 0,16 0, Absorbance 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0, ,00-0,02-0, Nombre d'onde (cm-1) Ce spectre infrarouge est caractéristique d un système Epoxy Identification de la famille chimique de la peinture

14 Cas n 1 : bilan initial avant remise en peinture Bilan de l analyse «terrain» =>mise en évidence de : l absence d une préparation de surface la présence de plusieurs systèmes de peinture la dégradation importante du système de peinture et début de corrosion Bilan de l analyse «labo»=> a permis de confirmer : la présence de contaminants de surface la présence de 2 systèmes de peinture, leur épaisseur, leur nombre de couches la famille chimique de la peinture Conclusion : nécessité de décaper l ensemble de la peinture et de réaliser une préparation de surface 14 14

15 Cas n 2 : désordres observés sur un système de revêtement organique Système anticorrosion finition Couche intermédiaire Primaire Substrat acier Craquelage - décollement entre la finition et la couche intermédiaire zone «saine» zone «défectueuse» Objectifs : comparer les propriétés du revêtement en zone «saine» et en zone «défectueuse» 15 15

16 Cas n 2 : désordres observés sur un système de revêtement organique Résultat de l analyse «terrain» : Observations : Craquelage de la finition (rouge) appliquée sur l intermédiaire (blanc) Souplesse de l intermédiaire importante «défectueux» en comparaison au revêtement «sain» Forte «odeur de solvant» en zone défectueuses Contrôle des épaisseurs à l aide de la Jauge d Inspection Peintures (P.I.G.) : Conformité des épaisseurs appliquées pour chaque couche Essais d adhérence par traction en zone défectueuse : Minimum de 3MPa Rupture adhésive entre l intermédiaire et la finition => Hypothèses : problème de séchage et/ou de réticulation de la couche intermédiaire 16 16

17 Cas n 2 : désordres observés sur un système de revêtement organique Analyse Thermique (DSC ): détermination de la Tg de l intermédiaire Rev Heat Flow (W/g) Analyse «Labo» C Heat Flow (W/g) Nonrev Heat Flow (W/g) C(I) Tg ( C) Réticulation complète "Sain" 62 Oui "défectueux" 22 Non Aspect du revêtement Etat vitreuxrevêtement «dur et cassant» Etat caoutchoutiquerevêtement «mou» 67 C Exo Up Temperature ( C) Universal V4.7A TA Instruments Souplesse de l intermédiaire visible au MEB! 17 17

18 Cas n 2 : désordres observés sur un système de revêtement organique Analyse Py-CPV/SM - Principe : Pyrolyse de l échantillon «solide» Analyse «Labo» Identification des molécules Résultat obtenu : Famille chimique de la peinture Séparation des molécules Mise en évidence de solvants résiduels, de plastifiants, d excès de durcisseur 18 18

19 Cas n 2 : désordres observés sur un système de revêtement organique Analyse Py-CPV/SM : Aire pics «durcisseur»/aire pics «base+durcisseur» Tg ( C) "Sain" "défectueux" Echantillon «défectueux» : problème de mélange base/durcisseur Quantité de durcisseur largement plus importante que pour l échantillon «sain» ce problème de mélange est validé par la différence de Tg 19 19

20 Cas n 3 : corps de vanne à un degré de dégradation très avancé Résultat de l analyse «terrain» : Observations visuelles : Présence de zones non corrodées sur lesquelles la peinture semble adhérente Observations de zones de corrosion localisées Dégradation importante du système de peinture Question posée : rechercher l origine des problèmes de peinture rencontrés 20 20

21 Cas n 3 : corps de vanne à un degré de dégradation très avancé Analyse «Investigations de «laboratoire» : Analyse «Labo» Observation de la surface du métal : Absence de contamination par des huiles et graisses Evaluation de la rugosité à l aide du ruban à répliquer : rugosité < exigence de la spécification Flasque supérieur Corps de pompe Rugosité : dans la spécification Conclusion : préparation de surface hors spécif. dans certaines zones 21 21

22 Cas n 3 : corps de vanne à un degré de dégradation très avancé Arêtes: Analyse «Labo» Écaillage des arêtes lié à des chocs ( présence d un primaire après grattage ) observations MEB Arrondi de l arête et continuité de l épaisseur du primaire Conclusion : mise en évidence que les pré-touches ont bien été réalisées sur l arrondi 22 22

23 Cas n 3 : corps de vanne à un degré de dégradation très avancé Montage des vannes sur ligne : Autour des alésages : serrage de la vis directement sur la peinture Sur l'axe principal : zone de passage de la clé de serrage insuffisante Conclusion : prendre en compte la protection par peinture dès la conception

24 En conclusion, la gestion des problèmes de revêtement Sur le «terrain», les techniques d analyse simples permettent de faire des hypothèses sur l origine des dégradations : préparation de surface application de la peinture Les techniques d analyse «labo» permettent d obtenir des informations supplémentaires sur : la conformité des produits et mélanges la qualité de la préparation de surface le respect de bonnes conditions de séchage La comparaison entre surface saine et surface défectueuse constitue une méthode de travail efficace. Documenter au maximum le projet avec : les documents de suivi qualité les «plaques références» 24