MATERIAUX ET PRODUITS DE SUBSTITUTION DE L AMIANTE C. Colloca Abstract Au CERN, comme à l etérieur, depuis de nombreuses années, des matériau fibreu sont utilisés dans les matières et produits à usage industriel et artisanal. En effet, de par leurs propriétés chimiques et physiques, les fibres offrent des conditions optimales pour d innombrables utilisations. Durant des décennies, l amiante en particulier, fut considéré comme le minéral au mille et une utilisations, surtout pour ses caractéristiques principales d isolation thermique et de protection contre les incendies, pour de multiples produits techniques. Suite à son interdiction dans les grands pays industrialisés (USA, Allemagne, Suède...), l industrie a dû augmenter la production de matériau parallèles moins utilisés, développer ses moyens de recherche et introduire sur le marché des produits de substitution appropriés. Il est désormais possible aujourd hui, d un point de vue technique, de remplacer l amiante dans presque tous ses domaines d utilisation.
INTRODUCTION L amiante (du grec «amiantos» : indestructible, imputrescible) est une matière naturelle d origine métamorphique. Sa structure est cristalline et ses fibres élémentaires sont etrêmement fines. L amiante est doté de caractéristiques physico-chimiques recherchées et de qualités techniques remarquables, associées à un faible coût d acquisition : - incombustibilité ; - propriété isolante thermique et acoustique ; - résistance au hautes températures (jusqu à 800º) ; - résistance au substances chimiques agressives (acides ou bases) et résistance à l'abrasion ; - résistance électrique ; - résistance mécanique à la traction (jusqu'à 2 000 MPa et davantage) ; - résistance à l usure ; - résistance au micro-organismes ; - possibilité de mélanges avec du ciment. En raison de ces qualités remarquables et de son faible coût économique, l'amiante a accompagné toute la révolution industrielle: à ce jour on estime à plus de 3 500 le nombre de produits contenant de l'amiante. 1 L AMIANTE : COMPOSITION Le nom amiante désigne plusieurs minérau silicatés hydratés cristallins naturels, caractérisés par des fibres ayant un rapport longueur/diamètre > 3. Il eiste deu variétés [1]: - groupe des amphiboles: crocidolite (amiante bleu) et amosite (amiante brun) (Fig. 1), qui ont connu une utilisation industrielle importante ; - groupe des serpentines: chrysotile (amiante blanc) (Fig. 2), un silicate contenant du magnésium dont la cristallisation forme des fibres de faible diamètre (2 à 3 Pm) ; elles peuvent être très longues avec un rapport longueur/diamètre qui peut atteindre 100. Le système cristallin est orthorhombique, édifiant des couches superposées. Son usage industriel est encore important. Fig. 1 - Fibre amosite Fig. 2 - Fibre chrysotile A l'heure actuelle, seul ce dernier est encore eploité commercialement dans le monde. 2
Le seul pays producteur de l Union Européenne est la Grèce (60 000 t) (Hellenic Mineral Mining Co; mine de ZIDANI près de KOZANI en Thessalie, dans le massif de l'olympe). 2 APPLICATIONS Après avoir subi un traitement mécanique, les fibres d amiante sont utilisées pour des productions très variées. Les produits contenant de l amiante sont différemment classés sur base de son état associé, de la façon dont la fibre d amiante est incorporée dans le produit. On distingue l amiante lié ou fortement lié et l amiante non lié ou faiblement lié. 2.1 Amiante fortement lié (non-friable) Dans les produits à base d amiante fortement lié, les fibres d amiante sont agglomérées avec un liant. Dans leur secteur, on rencontre principalement des produits en fibro-ciment ou avec amiante lié par des résines ou du bitume, avec une proportion d amiante s élevant au maimum à 20% du poids et une masse volumique supérieure à 1 000 kg/m 3. Les utilisations typiques sont : - plaques ondulées, ardoises ; - plaques décoratives de façades et bardages ; - appuis de fenêtres, marches d'escaliers, seuils, etc. ; - tuyau de descente et de distribution d'eau, conduits de cheminée, etc. ; - cloisons (notamment coupe-feu) ; - dalles bitumineuses et en vinyle ; - joints divers ; - colles, mastics, peintures ; - recouvrements bitumineu d'étanchéité de toiture. 2.2 Amiante faiblement lié et non lié (friable) En règle générale, les produits à base d amiante faiblement lié contiennent beaucoup d amiante (plus de 40% du poids) et présentent une faible masse volumique (<1 000 kg/m 3 ). Les utilisations classiques sont les suivantes : - flocage : crépi appliqué par projection ou revêtement (p. e. autour des structures métalliques comme protection incendie, sur les plafonds comme anti-condensateur, dans les salles de conférence pour une correction acoustique) ; - calorifugeage : forme d isolation thermique de tuyau et chaudières ; - panneau en fibres d amiante ; - amiante-ciment léger (de basse densité) dans les fau plafonds, les âmes de portes coupe-feu, les cloisons intérieures et les clapets coupe-feu ; - plaques ou nattes ; - raccordements et isolations de câbles ; - papiers et cartons d'amiante (p. e. appareils de chauffage) ; - sous-couches de revêtement de sol en vinyle ; - joints d'étanchéité de chaudières, fours, etc.. 3
3 MATERIAUX DE SUBSTITUTION Suite à l interdiction de production et d application de produits contenant de l amiante dans les grands pays industrialisés (USA, Allemagne, France, Suède...), l industrie a investi dans la production de matériau parallèles moins utilisés jusqu à aujourd hui. En même temps elle a entamé la recherche dans le secteur des produits de remplacement. La recherche ainsi que la production se sont orientées vers des matériau fibreu caractérisés par les mêmes performances physico-chimiques et techniques du produit amiante. Cela avec une attention particulière à ce qui touche la structure chimique, la taille et la facilité de clivage des fibres, aspects qui présentent des risques potentiels pour la santé. Les principau matériau de substitution qui ont une utilisation importante dans les applications techniques d aujourd hui contiennent [2]: - des fibres synthétiques inorganiques ; - des fibres synthétiques organiques ; - des fibres naturelles inorganiques. Parmi ces produits le choi est en tout cas réduit si l on considère que seulement les fibres d'un diamètre supérieur à 3 Pm et avec une biopersistance 1 très courte sont admises, les autres ayant été classées comme dangereuses au même titre que l amiante. 3.1 Fibres synthétiques inorganiques Les fibres synthétiques inorganiques plus importantes sont des fibres minérales artificielles : fibres de verre tetile, fibres de verre non tetile (laines isolantes de verre et de roche), fibres céramiques réfractaires et fibres de carbone. 3.1.1 Fibres de verre tetile Il s agit de tetiles composés par des filaments obtenus par fusion de verre. A partir de cela on fabrique des produits tels que des étoffes non tissées, des nattes ou des cordes. Elles sont très utilisées dans l industrie pour la protection incendie et comme vêtements de protection ignifugés. 3.1.2 Fibres de verre non tetile Les fibres de verre non tetile, également appelées laines isolantes ou isolants minérau, proviennent de matériau en verre, de matériau rocheu et de scories. La biopersistance de ce genre de fibres est très courte. Comme matière première on utilise la laine de verre et la laine de roche. L utilisation de ces produits est très fréquente principalement dans le bâtiment comme isolants thermiques, acoustiques et pour la protection incendie. 3.1.3 Fibres céramiques réfractaires (RCF) Elles sont fabriquées à partir d un mélange fondu de plusieurs substances. Ces fibres permettent surtout l isolation de zones soumises à des températures élevées. Les produits typiques sont les nattes, les plaques ou les pièces préformées. D autres applications possibles sont la protection incendie, l isolation électrique et la filtration. 3.1.4 Fibres de carbone Les fibres de carbone sont composées de carbone pur et utilisées sous forme de matériau fibreu fleibles. Elles contiennent de 95 à 99.5% de carbone. Du fait de leur grande résistance, les fibres de carbone sont utilisées sous forme de fibres tetiles coupées, de fils continus et de cordage pour renforcer les matières plastiques (e. résine époy), les métau légers et les alliages métalliques. Leur utilisation est peu répandue. On les emploie de façon sporadique dans la construction et le développement de nouvelles matières. 1 La biopersistance des fibres indique leur temps de biosolubilité (décomposition dans les fluides de l organisme) 4
3.2 Fibres synthétiques organiques Les fibres synthétiques organiques, aussi appelées fibres chimiques, sont généralement obtenues à partir des polymères correspondants (matières plastiques). Les plus importantes, celles ayant une application industrielle comme substitut à l amiante, sont le polyacrylonitrile (PAN), l alcool polyvinylique (PVA) et l aramide. D autres matériau très utilisés comme remplaçants non seulement de l amiante mais du mélange amiante-ciment, sont le polyéthylène, le polypropylène et le polytétrafluoréthylène. 3.2.1 PAN et PVA Ces fibres, de gros diamètre, sont pures à 100%. Associées à d autres fibres, elles occupent une place prépondérante dans la fabrication du fibro-ciment, là où elles remplacent l amiante. 3.2.2 Aramide On en distingue essentiellement deu types : le kevlar et le nome. Ils font partie des fibres organiques stables à température élevée. L aramide joue un rôle très important comme substitut de l amiante au niveau des calorifuges. 3.2.3 Polyéthylène, polypropylène et polytétraflouréthylène Il s agit de produits de polymérisation très répandus dans l industrie d aujourd hui. Ces produits, grâce à leur procédé de fabrication, ne présentent aucun risque de dispersion de fibres. Pour cette raison, les plus importantes réalisations sont les plaques préformées, les panneau ondulés, les canalisations et les tubes de pression fréquemment employés dans le bâtiment et dans le génie civil. 3.3 Fibres naturelles inorganiques Il s agit principalement de minérau siliceu fibreu. Les plus connus et employés sont les fibres minérales manufacturées (MMMF). On retrouve comme produits de remplacement MMMF admis, des silicates de calcium, relativement biosolubles avec une toicité très limitée, du talc et des minérau argileu qui peuvent être chauffés jusqu à 1150º. Le tableau 1.1 présente les principau domaines d utilisation des produits fibreu et non fibreu de substitution à l amiante [2]. Domaines d utilisation Protection incendie, isolat. pour températures élevées Tableau 1.1 Isolation thermique Isolation électrique Etanchéité Fibro-ciment Produits de substitution Fibres de verre tetile Fibres de verre non tetile Fibres céramiques réfractaires Fibres de carbone PAN et PVA Aramide Polymères Fibres naturelles inorganiques Toutes ces fibres composées peuvent donc remplacer l amiante dans ses utilisations d amiante faiblement lié et d amiante très fortement lié. Le cas des produits en fibro-ciment est particulier : 5
selon le type d emploi, ces éléments peuvent être remplacés par des produits synthétiques qui ne contiennent pas de fibres en état dissocié grâce au procédé de fabrication. Cela permet donc d éliminer le risque de leur dispersion, toujours en garantissant de très bonnes performances techniques. 4 UN CAS AU CERN Suite à une campagne de diagnostic d amiante dans les bâtiments du CERN, de nombreu ouvrages ont révélé la présence d amiante dans leurs différentes parties. Trois tours de refroidissement du SPS sont équipées avec presque 100 t d éléments en amianteciment dans chaque cellule. Les chéneau de distribution de l eau chaude, les séparateurs de gouttelettes et le fill packing contiennent de l amiante fortement lié. Le packing, qui représente la plus grande partie des équipements, est constitué de plaques ondulées de dimensions variables. La plupart a des dimensions de 120 cm 40 cm, par 4/6 mm d épaisseur. Ces éléments, qui contiennent entre 13 % et 15 % d amiante, ont une masse volumique de 1 300 kg/m 3 environ. Dans le cadre du projet d augmentation de la puissance des tours de refroidissement, tous les équipements intérieurs sont en train d être démontés pour être ensuite remplacés. Les équipements qui seront installés (similaires à ceu posés dans les nouvelles tours de refroidissement du Point 5 du LHC pour CMS), contiennent du polypropylène. Il s agit d un polymère modifié à poids moléculaire relativement élevé, autoetinguible et sans halogènes. Les anciennes plaques en amiante-ciment d épaisseur 4-6 mm, seront remplacées par des feuilles d épaisseur de 0.5 mm, pré-assemblées en blocs de 32 cm 32 m par 120 cm de longueur. Le polypropylène, quant à lui, est doté d une masse volumique de l ordre de 1 050 kg/m 3. La forme particulière d assemblage des feuilles, permet d obtenir, dans un volume plein/vide de 1 m 3, une masse de presque un cinquantième de la précédente (environ 23 kg). Parmi les nombreu avantages dans cette substitution, les plus importants au niveau du produit et des composants de l installation sont : - le polypropylène est stable et non réactif chimiquement ; - en conditions de stockage normales, il n y a pas de polymérisation ; - en conditions d utilisation, il n y a aucun risque de libération de fibres ; - la manutention des pièces contenant le produit, ne comporte pas de risques spécifiques pour la santé ; - la faible épaisseur des plaques (0.5 mm) comporte une certaine facilité de manutention ; - en raison de leur dimensions et de leur densité, un grand nombre de blocs peut être rapidement posé dans l emplacement disponible pour cette installation et facilement entretenu dans le temps ; - grâce à leur masse réduite par rapport au même volume occupé, la charge totale des équipements est nettement inférieure à l ancienne (2.5 t par cellule contre les 100 t précédentes). L opération de remplacement n implique donc aucune nécessité d importantes modifications de la structure de support. 5 CONCLUSION La plupart des produits de substitution d aujourd hui, est fabriquée en associant divers types de fibres (on parle de cocktails de fibres ), mais la mise au point de ces substances et de leurs applications constitue une recherche très coûteuse pour l'industrie et, par voie de conséquence, pour les utilisateurs. Le remplacement du produit fini par un équivalent synthétique représente encore la solution la plus intéressante d un point de vue économique. 6
Dans le même cadre de recherche, il eiste aujourd hui au Canada (Québec et Colombie Britannique) un projet, en phase de mise au point, pour etraire du magnésium à partir du chrysotile. Cela permettrait la transformation d une grande partie des dérivés de l amiante, qui pourrait amener à une reprise de l eploitation des mines et à un retour du matériau au bon marché. RÉFÉRENCES [1] Apave Préparation des activités et interventions sur des matériau ou appareils susceptibles de contenir de l amiante [2] SuvaPro - Amiante et autres matériau fibreu : risques pour la santé et mesures de protection 7