Pour tout savoir sur l’acier et ses utilisations

Introduction
Depuis Juin 2004, les Parisiens peuvent admirer le spectacle offert toutes les heures par le scintillement de nombreux flashs blancs crépitant chaque soir sur la Tour Eiffel. Le budget du projet était de 4,5 M€ pour une installation dont la durée de vie prévue est de 10 ans. Le document qui va suivre a pour but de montrer ce qu’a été l’enjeu des traitements de surface des pièces en acier conçues pour la fixation de ces lampes.

Le scintillement
Conçu pour durer 10 ans, le scintillement de la Tour Eiffel est assuré par près de 20.000 lampes à éclats, alimentées par une quarantaine de kilomètres de câbles électriques, pour une puissance totale de l’ordre de 120 kW. L’ensemble est fixé par 60 tonnes de pièces en acier, qui représentent 1500 m2 de tôle d’épaisseur millimétrique dont 4 tonnes de boulonnerie.

Agressions atmosphériques
La pollution dans laquelle baigne la Tour Eiffel est typiquement urbaine. Et la nature ainsi que l’origine des principaux agresseurs qui la caractérisent varient avec l’altitude et les vents dominants. Jusqu’au premier étage, les pigeons souillent et altèrent sévèrement la peinture, qui doit être refaite tous les 10 ans, et tous les 5 ans au-delà. Car entre le premier et le deuxième étage, ce sont les gaz d’échappement des voitures qui prédominent, et au-dessus, les fumées des rejets urbains. Enfin, à toutes ces agressions, il convient d’ajouter les risques induits par les coups de foudre périodiques sur les parties sommitales.

Polluants majeurs
En raison de sa structure dépouillée, le monument est parfaitement ventilé, c’est-à-dire quasiment assuré contre les risques de corrosion humide. En revanche, sa peinture de protection est exposée à l’agression potentielle de trois polluants majeurs : les dioxydes de soufre et d’azote, ainsi que l’ozone. Parmi d’autres, leur surveillance est assurée au moyen d’une centrale de mesures implantée au sommet. Ainsi, l’exemple de deux relevés arbitrairement choisis en mai 2003 atteste que cette pollution est engendrée par l’activité urbaine tandis que l’accumulation des polluants subit d’intenses variations cycliques, diurnes et nocturnes.

Principe de protection
Le principe de protection de l’acier des pièces du scintillement est fondé sur une démarche en deux temps, traditionnelle dans le secteur du BTP : pré traitements en atelier puis retouches et fintion sur site. Brutes de livraison, les pièces de fixation ont été préalablement galvanisées à chaud dans un atelier, et pré peintes dans un autre. La boulonnerie est électrozinguée et passivée. Sur site, une peinture de finition a été appliquée à la brosse sur les assemblages pré peints ainsi que sur la boulonnerie nécessaire à chacune des 20.000 lampes posées sur le monument.

Enjeux des TS
En cours de chantier, pendant les phases de stockage et de pose, la protection des pièces a été soumise à de rudes contraintes, avant que celle-ci ne soient exposées pour une durée de 10 ans aux aléas et aux polluants de l’atmosphère parisienne. Aussi, dans le but de suivre et de tracer les traitements de protection, deux experts ont été mandatés ; l’un pour les revêtements de zinc et l’autre pour la peinture. L’enjeu de ces traitements se résumant alors en trois mots clés : aspect, durabilité et environnement.

Revêtements de zinc
L’examen des revêtements de zinc a été confié à un laboratoire spécialisé. Si la boulonnerie n’appellait aucune remarque particulière, en revanche, il fallait choisir entre deux types possibles de galvanisation à chaud pour les pièces de fixation: une galvanisation type B.T.P., dite au plomb ou une galvanisation sans plomb, telle qu'elle est actuellement pratiquée dans l’industrie automobile. Et c’est l’interprétation des résultats émanant d’une caractérisation par spectrométrie à décharge luminescente (SDL) qui a permis de trancher en faveur de la seconde solution.

Choix de la Galva 1/2
Judicieusement paramétrée, une spectrométrie à décharge luminescente peut fournir d’utiles renseignements, tant sur l’interface zinc-acier, que sur la composition du revêtement proprement dit. À échelles comparables, les spectres respectivement tirés de la galvanisation traditionnelle et de la galvanisation sans plomb font ainsi apparaître deux différences essentielles : la valeur du rapport de composition zinc/fer à l’interface et la composition superficielle en zinc du revêtement

Choix de la Galva 2/2
D’autres différences apparaissent. Dans le premier cas : une forte teneur en plomb accumulé aux joints de grains des différentes phases du revêtement; du nickel au cœur du dépôt qui en diminue le pouvoir sacrificiel vis-à-vis de l’acier; et du zinc pur en surface, connu pour son aptitude à saponifier certaines peintures. Dans le second cas : une forte teneur en bismuth, chimiquement très proche du plomb; de l’aluminium, qui renforce au contraire le pouvoir sacrificiel du revêtement; et un alliage zinc-fer en surface, propice à l’adhérence des peintures.

Suivi Qualité : principe
Le principe du suivi qualité des traitements de surface est de parvenir à tracer chacune des 5 séquences de la gamme retenue: c'est à dire galvanisation à chaud, sablage, primaire d'accrochage suivi de deux couches de finition. 55 éprouvettes témoins ont été introduites dans différents lots de fabrication, à la suite de quoi elles ont été soigneusement repérées, puis réparties en 11 séries expérimentales, à raison de 5 éprouvettes par série. Par des mesures et des caractérisations appropriées, on pouvait ainsi parvenir à tracer les cinq séquences de traitements de surface et dans chaque série, conserver une éprouvette témoin pour d’éventuels tests ultérieurs de vieillissement.

Épaisseur Galva 1/2
L’épaisseur du revêtement de zinc a été mesurée au moyen d’un appareil portatif en 8 points de chaque face des 55 éprouvettes après galvanisation à chaud. À partir des 880 valeurs ainsi obtenues, l’épaisseur moyenne a été trouvée égale à 51,6 micromètres et l’écart-type à 3,6. Ce résultat est conforme aux exigences du cahier des charges. Toutefois, l’analyse de la distribution des effectifs entre les classes d’épaisseur 2,5 micromètres révèle l’existence d’une dissymétrie de répartition autour de la moyenne ; dissymétrie dont il convenait d’interpréter l’origine.

Épaisseur Galva 2/2
D’un point à un autre, l’analyse statistique montre que l ‘effectif majoritaire de la classe dominante peut glisser de part et d’autre de la moyenne. Par rapport à cette moyenne : l’effectif majoritaire est au centre; les effectifs majoritaires des classes d’épaisseurs inférieures sont ceux des points 1 et 7; les points 2 et 6 présentent au contraire les effectifs majoritaires des classes d’épaisseurs supérieures; quant aux points 3, 4 et 5, ils présentent la distribution la plus plate autour de la moyenne. Ces résultats s’interprètent évidemment comme l’une des conséquences de l’écoulement du zinc en fusion lors de l’émersion des pièces.

Coupes micrographiques
Les coupes micrographiques de cinq éprouvettes d’une même série ont été examinées au microscope électronique à balayage. Réalisées selon l’axe équatorial des éprouvettes, ces coupes révèlent : l’existence attendue des trois phases de la galvanisation, après sablage; la bonne pénétration du primaire d’accrochage; la qualité de l’interface entre ce même primaire et la première couche de finition, appliquée au pistolet; enfin, la continuité de la liaison entre la première et la seconde couche de finition, appliquée à la brosse.

Corrélation
Des mesures optiques ont été pratiquées sur ces coupes, à partir desquelles on a tiré une moyenne et un écart-type, corrélés ensuite aux résultats obtenus avec l'appareil portatif. Cette corrélation, qui se révèle excellente, appelle deux remarques : - la très forte dispersion d'épaisseur cumulée, imputable aux applications à la brosse qui est le seul moyen possible d'application d'une peinture sur le monument - ainsi que l'augmentation avérée de l'épaisseur de galvanisation après sablage. Augmentation qui résulte du bombardement intensif subit par le revêtement de zinc, dans lequel se créent de très nombreuses lacunes, favorables à l'adhérence du primaire et par conséquent à l'efficacité de l'ensemble de la gamme de protection.

Conclusion
Au moment du passage à l’an 2.000, un projet provisoire permit aux Parisiens d’admirer le spectacle offert par le scintillement de la Tour Eiffel. Fort du succès remporté, le Conseil de Paris décida de voter le budget d’une nouvelle installation, opérationnelle au premier jour de l’été 2004. À travers ce document, et en raison des contraintes de pose et d’exposition auxquelles ils seront soumis pendant 10 ans, nous avons voulu montrer l’importance de l’enjeu de la protection des 20.000 support en acier des lampes à éclat posées sur le Monument.

Remerciements
Les auteurs tiennent particulièrement à remercier Gérard Navarre et Jean-Louis Rabaté qui ont piloté l’un d’entre-eux dans cet immense et attachant monument qu’est la Tour Eiffel. Et aussi : Didier Marchandise et Suzanne Mathieu pour leur contribution technique Sandrine Catonné et Céline Coutant pour leur contribution artistique et pour leur voix : Martine Cognacq et Daniel Prioux Leurs sincères remerciements s’adressent enfin à la Communication de la SNTE, ainsi qu’à l’OTUA.