APOLLO : des solutions de conversion chimique plus durables pour la protection des alliages d'aluminium

Dans un contexte où la réglementation européenne interdit ou restreint massivement le recours à l’utilisation de certaines substances chimiques dans la mise en œuvre des procédés de traitement de surfaces (CrVI, PFAS…), le projet APOLLO (Aluminium Protection through cOnversion without harmfuL hexavaLent chrOmium) vise à améliorer la robustesse des procédés de conversion CrIII/ZrIV déployés à l’échelle industrielle en lieu et place du procédé de référence à base de chrome hexavalent. APOLLO s’inscrit dans le contexte du règlement européen REACh (Registration, Evaluation, Authorization and restriction of Chemicals), adopté en 2007 afin de mieux protéger la vie humaine et l’environnement contre les risques liés aux substances chimiques, tout en favorisant la compétitivité de l’industrie chimique de l’Union Européenne.

Les travaux de R&D mis en œuvre par l’IRT M2P sur cette thématique représentent 9 projets lancés depuis 2013, pour un budget global de 20,7 M€.  APOLLO fait suite aux projets NEW SURF (2014-2018) et EVEREST (2018-2023) dont les objectifs consistaient d’une part à remplacer les sels de chrome hexavalent dans différents procédés de traitement de surfaces (métallisation des polymères, conversion chimique des alliages d’aluminium, désanodisation, électropolissage…) et d’autre part à développer une nouvelle solution de conversion chimique sans chrome pour les alliages d'aluminium aéronautiques.

Le projet a débuté en juin 2024 pour une durée de 4 ans et un budget de 2,2 millions d’euros. Il réunit un consortium de 19 industriels des secteurs de l’aéronautique et de la défense ainsi qu’un laboratoire académique.
 

Contexte du projet

Les alliages d’aluminium au cuivre sont massivement utilisés dans le secteur aéronautique en raison de leurs propriétés mécaniques supérieures. Cependant, ces matériaux s’avèrent particulièrement sensibles à la corrosion. Pour protéger ces alliages, des traitements de surface tels que l'anodisation ou les traitements de conversion chimique sont appliqués.

Les traitements de conversion chimique CrIII/ZrIV (Trivalent Chromium Process ou TCP) sont utilisés dans certains cas pour des applications nécessitant une conductivité électrique, en plus d’une tenue à la corrosion, notamment dans l'aéronautique et la défense. Ce procédé forme une couche d’oxydes protectrice à la surface de l’aluminium. Les bains de chrome trivalent offrent une alternative non toxique aux procédés à base de chrome hexavalent, dont l'usage est désormais interdit sauf autorisation octroyée par les instance Européennes.

Les traitements TCP sont aujourd'hui courants, et plusieurs formules commerciales existent. Toutefois, malgré le retour d’expérience important dont disposent aujourd’hui les industriels vis-à-vis de ces nouvelles solutions de conversion, leur qualification demeure plus compliquée du fait du manque de robustesse des couches TCP obtenues, notamment vis-à-vis de leur tenue à la corrosion.
 

L’objectif du projet 

Le projet APOLLO a deux objectifs. L’objectif principal consiste à améliorer la robustesse des conversions chimiques CrIII/Zr utilisées à l'échelle industrielle afin de garantir la maitrise des performances des couche formées. Cela passe avant tout par une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu et la définition des exigences concernant l'état de surface des alliages d’aluminium avant conversion chimique, permettant l'optimisation des gammes de préparation de surface. Le second objectif consiste quant à lui à poursuivre le développement d'un procédé de conversion chimique sans chrome, avec ou sans post-traitement, visant à atteindre des performances comparables à celles des conversions CrIII/Zr et CrVI.
 

Contenu du projet

Le projet APOLLO repose sur la réalisation de travaux de compréhension amont réalisés en collaboration avec le laboratoire IRCP de Chimie ParisTech-PSL, qui mettra en œuvre des techniques avancées d'analyse des surfaces (XPS et ToF-SIMS notamment) afin de mieux comprendre l’impact de la préparation de surface sur les propriétés des couches TCP, et plus particulièrement leur tenue à la corrosion. Ces analyses permettront d’orienter au besoin les travaux d’optimisation des gammes de préparation des surfaces avant conversion chimique. L'optimisation des procédés impliquera des tests à échelle semi-industrielle puis industrielle ayant pour objectif de rendre ces traitements stables et reproductibles.

Un autre défi concerne la coloration des nouvelles couches de conversion. Alors que les couches à base de CrVI sont orangées, celles à base de CrIII/ZrIV sont incolores, ce qui complique leur contrôle visuel. La société Socomore travaillera ainsi à l’élaboration de couches TCP colorées pour faciliter le contrôle des pièces traitées, une solution qui sera testée dans le cadre du projet.

Par ailleurs, le projet APOLLO poursuivra les travaux sur un procédé exempt de chrome à base de permanganate de potassium développé au cours de projets antérieurs. Ce procédé ayant démontré des premières performances prometteuses, sa formulation sera optimisée afin de répondre au cahier des charges des couches de conversion notamment en termes de tenue à la corrosion. Le transfert à l’échelle pilote puis industrielle pourra alors être réalisé. Si l'alliage 2024-T3 sera massivement utilisé en raison de son caractère normatif pour les procédés de traitements de surface dans le domaine aéronautique, le projet APOLLO se voudra exhaustif et s’appliquera à évaluer les couches TCP sur une grande variété d’alliages issus des séries 2XXX, 5XXX, 6XXX et 7XXX. Également, la diversité des solutions commerciales de traitement TCP sera considérée afin d’accompagner l’ensemble de la supply chain sur la maitrise de ce procédé.
 

• "Le projet APOLLO fédère les acteurs de l’ensemble de la chaine de valeur liée à la protection de l’aluminium par conversion. Formulateurs, applicateurs et donneurs d’ordres sont réunis autour d’un objectif commun : déployer et robustifier les procédés de conversion sans chrome hexavalent pour répondre aux exigences de la réglementation REACh et préserver la santé des travailleurs et l’environnement. Après NEW SURF et EVEREST, les partenaires du projet APOLLO renouvellent leur confiance en l’IRT M2P pour piloter et réaliser ces travaux d’envergure sur notre plateforme semi-industrielle de Duppigheim avant d’en transférer les résultats chez les applicateurs. Les enjeux sont de taille, et un projet collaboratif et fédérateur tel qu’APOLLO me semble être le meilleur outil pour relever efficacement de tels défis" conclut Alexis Renaud, chef de projet APOLLO.