À l'heure européenne, la production d’eau potable a pris toute son importance. Dans la station de traitement des eaux de Halle, dont la capacité de traitement d’eau potable est de 60 000 m³/jour, s’est posée la question en 1988, à l'origine de l’étude de ce projet : quel revêtement utiliser pour la protection des canalisations ?
Plusieurs aspects ont été considérés pour répondre à cette question :
- • l’homologation du revêtement à l’eau potable selon les spécifications en vigueur dans le pays du lieu d’installation ;
- • la possibilité d’appliquer un revêtement sur des canalisations chaudronnées de forme complexe et de grande taille ;
- • la protection des canalisations contre la corrosion et les agressions physiques et mécaniques.
La construction de la station de traitement des eaux de Halle a été achevée en 1992 (figure 1). L’investissement global, qui a atteint 320 millions de Francs, a concerné près de 15 km de canalisations. Celles-ci ont été revêtues de Polyamide 11 “Rilsan®”, produit qui, après étude et essais, s’est révélé le plus performant.
Le Rilsan
La matière première utilisée pour la fabrication du Rilsan® est l’huile de ricin, constituée principalement par des glycérides de l’acide ricinoléique qui, par action du méthanol, sont transformées en esters ricinoléiques. Ces esters, par traitement thermique, se scindent en cénanthol et undécylénate de méthyle. Ce dernier, par hydrolyse, donne l’acide undécylénique qui, par amination, est transformé en acide 11-amino undécanoïque dont la polycondensation conduit au Polyamide 11 de formule :
H [HN - (CH₂)₁₀ - CO]ₙOH
Cette synthèse a été mise au point par Elf Atochem après réalisation d’installations spécialement conçues pour l’obtention d’un produit de haute qualité. À la sortie des autoclaves de polycondensation, le produit obtenu se présente sous forme de paillettes, broyées par un procédé spécial, sous forme de “poudre” destinée au revêtement anticorrosion des pièces métalliques.
L’application de ces poudres Polyamide 11 peut s’effectuer suivant les différentes méthodes de mise en œuvre ci-après :
- • trempage en bain de poudre fluidisé
- • poudrage électrostatique
- • poudrage à chaud
- • rotomoulage
Il est à noter que dans le secteur de l’eau potable, les sociétés d’engineering qui conçoivent les installations ont un choix restreint de couleurs, à savoir pour le Polyamide 11 : Gris, Bleu, Noir et Blanc.
Les raisons du choix
Conformité d'utilisation dans l’eau potable
La réglementation allemande concernant l’innocuité des revêtements à l’eau potable est régie par l’Université de Karlsruhe suivant les prescriptions du DVGW.
Il s’avère qu’en Europe, les spécifi
Tableau I
| Diamètre de la canalisation (mm) |
Longueur droite de la canalisation (mm) |
Longueur latérale du coude à 90° (mm) |
Longueur latérale du piquage latéral (mm) |
| 25 |
2000 |
100 |
100 |
| 32 |
3000 |
150 |
100 |
| 40 |
3500 |
150 |
150 |
| 50 |
4000 |
200 |
150 |
| 65 |
4500 |
200 |
150 |
| 80 |
5000 |
250 |
150 |
| 100 |
6000 |
250 |
200 |
| 125 |
6000 |
300 |
200 |
| 150 |
6000 |
350 |
200 |
| 200 |
6000 |
450 |
250 |
| 250 |
6000 |
600 |
300 |
| 300 |
6000 |
650 |
400 |
| 400 |
6000 |
750 |
400 |
| 500 |
6000 |
900 |
500 |
| 600 |
6000 |
1000 |
600 |
| 700 |
6000 |
1200 |
700 |
| 900 |
6000 |
1600 |
900 |
| 1000 |
6000 |
1600 |
1000 |
| 1200 |
6000 |
1600 |
1000 |
[Photo : Fig. 1 – Vue de la station de traitement des eaux de Halle (Allemagne).]
Spécifications communautaires dans ce domaine ne sont toujours pas regroupées sous une seule norme commune, ce qui complique la diffusion infracommunautaire des canalisations revêtues ; cela implique en effet un effort important, aussi bien de la part du producteur de la matière première, pour satisfaire toutes ces exigences différentes, que de l’applicateur, qui doit mettre en œuvre un revêtement conforme aux spécifications du pays où seront installées les canalisations.
À titre d’exemple, dans la station de traitement de Halle, le Polyamide 11 Rilsan utilisé satisfait aux homologations européennes suivantes pour l’eau potable :
- • Crecep – Conseil Supérieur d’Hygiène Publique de France
- • DVGW et DVGW-W 270 – Université de Karlsruhe, R.F.A.
- • KIWA – Keuringsinstituut Voor Water Zeindingartikelen, Pays-Bas
- • WRC – WICS WIS 4-52-01 PC9, Grande-Bretagne
- • Det Norske Veritas, Norvège.
L’applicateur du revêtement peut ainsi exporter ses productions dans les pays européens cités plus haut si la cuve de poudre fluidisée qu’il possède contient un Polyamide 11 certifié pour l’eau potable.
Applicabilité du revêtement sur des modèles de canalisations complexes et variés
Le procédé d’application du Polyamide 11 par trempage en grande cuve verticale de fluidisation (7 m de profondeur) a fait ses preuves depuis maintenant plus de 20 ans, tant en Europe qu’au Japon (figure 2).
Ce procédé présente l’avantage de réaliser le revêtement d’une canalisation de forme complexe atteignant 6 m de longueur en moins de 20 secondes d’immersion, en incluant les temps de descente et de remontée dans le bain fluidisé.
[Photo : Fig. 2 – Cuve de fluidisation de poudre Polyamide 11.]
[Photo : Fig. 3 – Canalisation chaudronnée en T.]
[Photo : Fig. 4 – Canalisation chaudronnée en Y.]
[Photo : Fig. 5 – Grenaillage d’une canalisation en acier.]
[Photo : Fig. 6 : Mesure de rugosité de surface grenaillée Rz : 50,3.]
La variation d’épaisseur du revêtement de 350 µm d’épaisseur nominale n’excède pas + 50 µm.
À titre d’exemple, les dimensions possibles de canalisations revêtues de Polyamide 11, par le procédé de trempage en bain de poudre fluidisée figurent sur le tableau I.
D’autres formes complexes de canalisations chaudronnées, destinées au trempage en bain de poudre fluidisée sont reportées sur les figures 3 et 4.
Application de la norme NFA 49-713
Les critères d’acceptation du revêtement doivent être conformes à la norme française Afnor NFA 49-713, qui concerne un revêtement polyamide double couche et comporte cinq grandes catégories :
- • préparation de surface de l’acier,
- • revêtement double couche,
- • propriétés mécaniques du revêtement,
- • propriétés physiques du revêtement,
- • résistance à la corrosion du substrat métallique.
Préparation de surface de l’acier
L’état de surface avant grenaillage
Il y a lieu d’éliminer de la surface la totalité des contaminants et des graisses.
Le grenaillage
Il a pour but de favoriser l’accrochage chimique et mécanique de la couche n° 1 du revêtement (figure 5).
La rugosité
Elle est vérifiée tout d’abord en degrés de soin de surface, définis par la norme ISO 8501-1. Ce degré de soin doit être égal ou supérieur à 2,5. La rugosité est ensuite mesurée au moyen d’un palpeur mécanique sur un profilomètre de surface suivant la norme ISO 4287-1. La rugosité Rz devra être comprise entre 40 µm et 80 µm (figure 6).
Revêtement double couche
Couche n° 1
Elle est constituée par un film époxydique de 10 µm à 15 µm. Cette couche primaire appliquée en fine épaisseur permet d’obtenir des liaisons chimiques et mécaniques fortes.
[Photo : Fig. 7 : Mesure de porosité au balai électrique.]
[Photo : Fig. 8 : Essai de choc.]
[Photo : Fig. 9 : Essai au brouillard salin.]
[Photo : Fig. 10 : Station de pompage de Halle.]
et durables entre l’acier et la couche n° 2 du revêtement.
Couche n° 2
La canalisation en acier, préalablement chauffée au four, est trempée dans le bain de poudre fluidisée.
La fusion rapide du polyamide s’effectue en quelques secondes sur la couche n° 1 du primaire.
L’épaisseur du revêtement de poudre Polyamide 11 ne doit pas être inférieure à 250 µm.
Les contrôles effectués sur le revêtement à double couche sont les suivants :
Couche n° 1 : mesure du degré de réticulation de la couche époxydique par analyse thermique différentielle.
Couche n° 2 :
- • mesure de l’épaisseur : minimum 250 µm ;
- • mesure de non-porosité électrique : 5 V/µm d’épaisseur de revêtement (figure 7) ;
- • mesure de l’adhérence : la contrainte à l’arrachement doit être égale ou supérieure à 20 MPa.
Propriétés mécaniques du revêtement
- • résistance à la flexion : après une élongation de 3 %, le revêtement ne doit pas présenter de porosité ;
- • résistance au choc : une énergie de 1 J par 100 µm d’épaisseur est assurée au moyen d’un impacteur sphérique de 25 mm (figure 8) ;
- • résistance à la pénétration : une charge de 2,5 kg est appliquée au moyen d’un poinçon de 2,5 mm de diamètre pendant 1 heure à 23 °C. La déformation doit être inférieure à 0,05 mm ;
- • allongement à la rupture : il doit être supérieur à 20 %.
Propriétés physiques du revêtement
- • résistance à l’isolement : après immersion dans une solution de 0,1 N de NaCl, la résistivité ne doit pas être inférieure à 10^8 Ω·m² ;
- • résistance au vieillissement artificiel : après 1 000 h d’essai selon l’appareillage défini par la norme NFT 30-036, la perte d’adhérence et de viscosité ne doit pas être supérieure à 10 % des valeurs initiales (figure 9).
Résistance à la corrosion du substrat métallique
- • décollement sous polarisation négative : après 28 jours, le décollement doit être inférieur ou égal à 7 mm ;
- • immersion dans l’eau déminéralisée pendant 12 heures à 100 °C : les caractéristiques initiales doivent être conservées ;
- • résistance aux effluents pendant 100 heures à 23 °C : l’adhérence et la viscosité ne doivent pas présenter un écart supérieur à 10 % des valeurs initiales ;
- • résistance aux micro-organismes : après six mois d’enfouissement, les mesures d’adhérence devront être supérieures ou égales à 75 % des valeurs initiales.
Grâce au respect des spécifications de la norme NFA 49-713, la station de traitement des eaux de Halle a bénéficié d’un niveau élevé de qualité des revêtements (figure 10).
Conclusion
Nous avons présenté l’une des réussites récentes des revêtements Polyamide 11 Rilsan® dans le domaine des stations de traitement des eaux.
L’expérience acquise depuis plus de 20 ans dans ce domaine a permis de faire évoluer les formulations des poudres polyamide 11 dans les domaines des caractéristiques mécaniques, de la résistance à la corrosion et du vieillissement aux intempéries.
La classification AFAQ ISO 9002 du site de fabrication normand de Serquigny a également contribué à l’amélioration de la qualité de la production des poudres.
La maîtrise et la normalisation des procédés de préparation de surface et d’application garantissent donc la qualité des revêtements en Polyamide 11 Rilsan mis à la disposition de l’industrie de l’eau.
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