Problématique industrielle 117

5.3.1.1 Le satinage acide et le procédé Saticoat®

La société SAGA Décor, filiale de Saint-Gobain, est spécialisée dans le décor sur verre. Aujourd’hui un des décors les plus demandés est le dépolissage du verre. Pour cela SAGA Décor utilise une technique ancienne très performante et très bien maîtrisée : le dépolissage par des solutions acides. Le procédé est le suivant :

− Décapage par bain d’acide fluorhydrique (HF) et d’acide chlorhydrique (HCl) qui permet d’éliminer la couche de protection d’oxyde d’étain64_{. La concentration de la solution et la durée de baignage sont}

fonction de l’épaisseur de cette couche. Des tests sont effectués pour chaque nouveau lot de bouteilles. − Rinçage à l’eau pour limiter les taches dues aux impuretés et diminuer la pollution du bain de satinage. − Satinage : Bain d’acide chlorhydrique (HCl), de bi fluorure d’ammonium (NH4HF2) et d’un composé

confidentiel : L. Le bi fluorure et L laissent une empreinte sur le verre, l’acide ronge autour de ces empreintes, ce qui forme des pyramides microscopiques à la surface du verre. Macroscopiquement on obtient un aspect dépoli très doux au toucher.

− Série de rinçages par pulvérisation d’eau recyclée sous pression, puis dernier bain d’eau claire afin d’éliminer les grains de bi fluorure d’ammonium et d’éliminer les traces d’acide (ce qui serait dangereux pour les manipulations de la bouteille).

− Traitement de surface à froid pour augmenter la glisse des bouteilles et améliorer leur résistance au rodage65.

Cet procédé permet d’obtenir un toucher très soyeux et très prisé des clients. Cependant, cette méthode pose un problème écologique : les solutions acides utilisées sont très polluantes, leur recyclage est très coûteux.

64 _{Après leur formage les bouteilles reçoivent généralement un double traitement de surface : (1) traitement de surface dit}

« à chaud », d’un très mince revêtement d’oxyde d’étain (ou d’oxyde de titane) qui sert de couche d’accrochage pour (2) le traitement de surface dit à « froid », de revêtement avec un produit lubrifiant à base de cire de polyéthylène ou une cire d’ester. Ce double traitement permet de rendre la surface des bouteilles résistante aux frottements, en particulier entre elles pendant le transport et la manutention et ainsi conserver leur résistance aux sollicitations mécaniques. L’oxyde d’étain est chimiquement relativement inerte et doit être retiré préalablement par un mélange particulier d’acides afin de permettre un traitement uniforme de dépolissage acide.

65 _{Le rodage est le terme utilisé pour décrire les marques blanchâtres qui résultent du frottement répété des bouteilles entre}

elles pendant leur manutention et transport, surtout en l’absence de traitement à chaud et à froid. Ils sont à l’origine de problèmes de qualité.

Il y a dix ans, SAGA Décor a lancé un plan de recherche pour trouver un autre moyen de dépolissage du verre, non polluant, et devant donner aux bouteilles les mêmes caractéristiques d’aspect que le satinage acide. En 1997, Saga Décor dépose le brevet d’un nouveau procédé : le Saticoat® [ROQ 97].

Le procédé consiste en une pulvérisation d’une fritte66 _{d’émail de verre sur la surface totale de la}

bouteille67_{, l’émail se fixe par phénomène électrostatique : un pistolet a débit réglable vient aspirer la poudre}

fluidisée (par un jet d’air), la charge négativement et l’envoie sur la bouteille qui est à la masse, grâce à une électrode. La différence de charge permet la fixation de la poudre. La bouteille ainsi recouverte passe dans une arche de cuisson pour que la poudre d’émail fonde (à environ 630°C) et donne à la bouteille un aspect dépoli. A la sortie de l’arche de cuisson, la bouteille subit une pulvérisation de traitement de surface à froid.

L’aspect de surface des bouteilles obtenu par ce nouveau procédé n’est pas le même que celui obtenu par dépolissage acide : les bouteilles « saticoatées » sont moins lisses et moins régulières, moins appréciées des clients, alors que ce procédé cumule les deux avantages suivants : il n’utilise pas de résidus nocifs et est très résistant au rodage.

Les surfaces microscopiques du satinage acide et du Saticoat® sont aussi extrêmement différentes : l’attaque acide est caractérisée par la présence de pyramides régulières (5 à 20nm de hauteur) à la surface du verre, alors que le Saticoat® présente un relief « vallonné » où les collines sont les grains d’émail partiellement fondus. Les pyramides obtenues par attaque acide sont aussi plus régulières et environ 2 fois plus petites que les « collines » du Saticoat® (20 à 40nm), voir Figure 50.

Photos prises au microscope Nomarski (×50) d’un satinage acide

Photos prises au microscope Nomarski (×10) d’un Saticoat®

Figure 50 : Vues microscopiques d’un satinage acide et d’un Saticoat®

Saga Décor a donc cherché un moyen d’améliorer le toucher du Saticoat®, trois voies ont été retenues dans un premier temps. La nature de ces traitements est maintenue confidentielle, nous pouvons tout de même

66 _{La granulométrie est d’environ 8 à 10µm, la fritte d’émail contient un agent matant qui permet d’obtenir l’aspect dépoli.}

De plus elle est enrobée de silicone qui permet de la charger facilement,

préciser qu’ils ont été appliqués après cuisson et refroidissement du Saticoat®. Le toucher du Saticoat® obtenu par ces procédés a été subjectivement évalué comme meilleur que le toucher initial. Or l’évaluation subjective par quelques ingénieurs ou techniciens ne peut être suffisante pour des tels choix industriels, les ingénieurs de Saga Décor ont d’abord employé le seul moyen de mesure objectif dont ils disposaient : la mesure de la rugosité. Le profil de rugosité de chaque échantillon a été réalisé par un rugosimètre (marque Mitutoyo de type "Surftest SJ-402", le rayon de courbure de la pointe est de 2 microns) présent à Saint-Gobain Recherche, les résultats sont les suivants Figure 51 :

SATINAGE ACIDE SATICOAT® SATICOAT® + TRAITEMENT 1 SATICOAT® + TRAITEMENT 2 R Profile - 1 5 ,0 - 1 2 ,5 - 1 0 ,0 - 7 ,5 - 5 ,0 - 2 ,5 0 ,0 2 ,5 5 ,0 7 ,5 1 0 ,0 0 ,0 0 ,5 1 ,0 1 ,5 2 ,0 2 ,5 3 ,0 3 ,5 4 ,0 [ ] [um] R Profile - 1 5 ,0 - 1 2 ,5 - 1 0 ,0 - 7 ,5 - 5 ,0 - 2 ,5 0 ,0 2 ,5 5 ,0 7 ,5 1 0 ,0 0 ,0 0 ,5 1 ,0 1 ,5 2 ,0 2 ,5 3 ,0 3 ,5 4 ,0 [um] R Profile - 1 5 ,0 - 1 2 ,5 - 1 0 ,0 - 7 ,5 - 5 ,0 - 2 ,5 0 ,0 2 ,5 5 ,0 7 ,5 1 0 ,0 0 ,0 0 ,5 1 ,0 1 ,5 2 ,0 2 ,5 3 ,0 3 ,5 4 ,0 [um] R Profile - 1 5 ,0 - 1 2 ,5 - 1 0 ,0 - 7 ,5 - 5 ,0 - 2 ,5 0 ,0 2 ,5 5 ,0 7 ,5 1 0 ,0 0 ,0 0 ,5 1 ,0 1 ,5 2 ,0 2 ,5 3 ,0 3 ,5 4 ,0 [ ] [um]

SATICOAT® + TRAITEMENT 3

Figure 51 : Profils de rugosité des différents traitements

De même nous avons mesuré le Rz68 de chaque échantillon, Figure 52 :

Figure 52 : Mesures de Rz des différents échantillons

On voit sur les profils de rugosité une différence nette entre le satinage acide et les différents Saticoat®. En revanche, il est difficile de faire une différence entre les différents Saticoat®. Ces profils ne peuvent pas renseigner sur l’amélioration de l’aspect tactile du Saticoat® après les différents traitements. De même, la mesure de Rz montre une légère baisse de la rugosité du Saticoat® + le traitement n°3 par rapport au satinage,

mais nous allons voir par la suite que cette seule mesure ne peut rendre compte de la complexité du toucher.

Nous sommes alors confrontés à deux problèmes pour répondre à une seule question : comment optimiser le procédé Saticoat® pour que l’aspect des bouteilles soit aussi apprécié par les clients que celui du satinage acide ?

− (1) Il n’existe pas de moyens instrumentaux de mesures pour caractériser la surface en rendant compte du caractère sensoriel

− (2) Quel traitement permettrait-il d’obtenir un meilleur aspect ?

68 _R

z est la moyenne des pics de rugosité, elle permet entre autres d’avoir une indication sur la fréquence et hauteur des pics

de surface. R Profile - 1 5 ,0 - 1 2 ,5 - 1 0 ,0 - 7 ,5 - 5 ,0 - 2 ,5 0 ,0 2 ,5 5 ,0 7 ,5 0 ,0 0 ,5 1 ,0 1 ,5 2 ,0 2 ,5 3 ,0 3 ,5 4 ,0 [ ] [um] MESURES DE Rz (µm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Rz (µm) SATINAGE ACIDE SATICOAT® SATICOAT®+ TRAITEMENT 1 SATICOAT®+ TRAITEMENT 2 SATICOAT® + TRAITEMENT 3