David Beamish, DeFelsko Corporation
Initialement publié dans : Materials Performance (février 2004), section Coatings & Linings
Mise à jour : octobre 2021
Des conditions environnementales optimales sont essentielles pour la préparation de surface, l'application et le séchage des revêtements et des doublages afin de maximiser leur performance et leur durabilité. Cet article présente les cinq conditions environnementales qui doivent être observées et mesurées, ainsi que l'effet de chacune sur la réussite des travaux. Il aborde également plusieurs instruments de mesure mécaniques et électroniques et discute de l'utilisation appropriée de chaque instrument.
La préparation de surface et l'application de revêtements et de doublages doivent être effectuées dans des conditions environnementales optimales afin de prévenir les défaillances. Divers instruments sont disponibles pour mesurer les cinq conditions qui doivent être observées et suivies :
Il est communément admis que la plupart des revêtements ne sèchent pas correctement à basse température et par forte humidité relative (HR). L'incidence de l'humidité de surface sur la durée de vie et la performance des matériaux est en revanche moins bien comprise.
L'humidité se forme sur une surface lorsque de l'air chaud et humide entre en contact avec celle-ci, un processus appelé condensation. L'humidité provoque la corrosion de l'acier non protégé. Emprisonnée entre un revêtement et un substrat, l'humidité entraîne vraisemblablement une défaillance prématurée du système appliqué.
Une légère condensation sur les surfaces décapées au jet peut être difficile à observer. Plutôt que de détecter cette humidité, les instruments sont utilisés pour aider à évaluer le risque de formation d'humidité en premier lieu. Des essais doivent être réalisés pour calculer la température du point de rosée avant, pendant et après le processus de revêtement. La température du point de rosée doit être comparée à la température de surface pour s'assurer qu'elles sont suffisamment éloignées l'une de l'autre pour rendre improbable la formation d'humidité.
Une observation attentive des conditions atmosphériques et une bonne compréhension de leur impact sur la qualité et la durabilité des applications de revêtements et de doublages sont importantes pour tous les contractants et inspecteurs.
Les premiers paramètres nécessaires pour évaluer le risque de formation d'humidité sur un substrat sont la température de la surface à préparer ou à revêtir et la température de l'air à proximité de cette surface. Pendant la nuit, les structures en acier rayonnent généralement de la chaleur et se refroidissent en dessous de la température de l'air. Pendant la journée, elles absorbent la chaleur et sont généralement plus chaudes que la température de l'air.
La température de surface étant souvent différente de la température de l'air, en particulier pour les travaux exécutés à l'extérieur, il convient de mesurer les deux températures afin d'éviter tout problème d'application au cas où la température de l'air ou de l'acier deviendrait trop élevée ou trop basse pour une formation de film satisfaisante. Une application à des températures incorrectes peut provoquer des défauts tels que : cloquage, formation de microtrous, cratérisation, pulvérisation à sec et craquelage en boue. Le fabricant du revêtement doit spécifier les températures de surface maximale et minimale pour l'application d'un revêtement.
ASTM D3276, « Standard Guide for Painting Inspectors (Metal Substrates) »1, indique que la température de surface minimale pour l'application d'un revêtement est généralement de 40 ºF (5 ºC). Elle peut descendre jusqu'à 0 ºF (–18 ºC) pour les systèmes monocomposants ou bicomposants « à séchage à froid », ou s'établir à 50 ºF (10 ºC) pour les systèmes bicomposants conventionnels. Les spécifications de peinture peuvent en outre stipuler que la peinture ne doit pas être entreprise lorsque la température chute et se trouve à moins de 5 ºF (3 ºC) de la limite inférieure.
La température de surface maximale pour l'application d'un revêtement est généralement de 125 ºF (50 ºC), sauf indication contraire explicite. Une surface trop chaude peut provoquer une évaporation des solvants du revêtement si rapide qu'elle rend l'application difficile, entraîne la formation de cloques ou produit un film poreux.
Les vitesses de durcissement sont directement influencées par l'HR, c'est-à-dire la quantité d'humidité présente dans l'air exprimée en pourcentage de la quantité totale (saturation) possible à une température donnée. L'air chargé d'humidité ne peut retenir autant de solvant que l'air sec. Par conséquent, une HR élevée peut retarder la vitesse d'évaporation du solvant. Pour cette raison, l'HR maximale à laquelle les revêtements ou les systèmes de garnissage peuvent être appliqués et durcis est généralement fixée à 85 %. Certains revêtements nécessitent cependant de l'humidité pour durcir. Il est donc important de consulter les spécifications du revêtement.
La température de rosée est la température à laquelle l'humidité commence à se former sur une surface en acier. Il s'agit de la température à laquelle un volume d'air doit être refroidi pour atteindre la saturation. Elle est fonction de la température de l'air et de l'HR.
Le dernier paramètre à noter est l'écart entre la température de surface et la température du point de rosée. De l'humidité se formera probablement si elles sont identiques. Même si elles sont proches, le risque de formation d'humidité peut être inacceptablement élevé. Des documents tels que la norme ASTM D3276 et la norme internationale ISO 8502-42 stipulent que la température de surface doit être supérieure d'au moins 5 ºF (3 ºC) à la température du point de rosée pendant les 3 phases critiques du revêtement : la préparation, l'application et le séchage. Cet écart minimal permet également de compenser la réduction de la température de surface due à l'évaporation des solvants ou à l'application de matériaux de revêtement froids.
La température de l'air, la température de rosée et l'HR peuvent être déterminées à l'aide d'un psychromètre à fronde ou à pile. Ces instruments sont équipés de deux thermomètres. Le premier thermomètre, appelé « thermomètre sec », mesure la température de l'air ambiant. Le second thermomètre est enveloppé dans une chaussette ou une mèche en mousseline qui est humidifiée avant l'utilisation, d'où le nom de « thermomètre mouillé ». Cette « température de thermomètre mouillé » représente la perte de chaleur due à l'évaporation de l'eau dans la chaussette. Une faible HR entraîne une vitesse d'évaporation plus rapide et une température de thermomètre mouillé plus basse qu'une humidité élevée.
Le psychromètre à fronde (Figure 1) est agité dans l'air pour obtenir les deux valeurs de température. Le psychromètre électrique reste stationnaire tandis qu'un ventilateur motorisé fait circuler l'air sur les thermomètres.
Lisez attentivement les instructions. L'instrument doit être inspecté et préparé adéquatement avant chaque essai. Inspectez régulièrement le revêtement humide et maintenez-le en bon état. L'évaporation de l'eau de la mousseline laisse toujours une petite quantité de matière solide. Il est donc souhaitable d'utiliser de l'eau aussi pure que possible et de remplacer la mousseline de temps à autre.
L'emplacement physique de l'essai et la durée de la rotation ou de la ventilation de l'air sur le thermomètre mouillé sont des facteurs qui influent directement sur la précision du résultat de l'essai. Les thermomètres doivent être agités rapidement pendant 15 ou 20 secondes, puis arrêtés et lus rapidement — le thermomètre mouillé en premier, car il commence à varier dès que le mouvement de l'air s'arrête. L'essai doit être répété jusqu'à ce que deux lectures de thermomètre mouillé ou plus soient égales à la plus basse lecture obtenue.
Pour garantir une précision optimale, le psychromètre doit être agité à l'ombre. L'opérateur doit faire face au vent et faire quelques pas d'avant en arrière pour éviter que sa propre chaleur corporelle n'altère les mesures. Il convient de noter que lorsque la température se situe près ou en dessous du point de congélation, le psychromètre n'est pas un instrument très fiable pour mesurer l'humidité3.
Un psychromètre ne mesure pas directement l'HR et la température de rosée. Ces valeurs sont calculées au moyen d'une formule dans laquelle sont introduites les températures des thermomètres sec et mouillé. Des graphiques et des règles à calcul psychrométriques sont disponibles à cet effet. Des tableaux tels que les tables psychrométriques du Weather Bureau des États-Unis (Figure 2) facilitent cette détermination. Sélectionnez le tableau correspondant à la pression atmosphérique locale de ce jour : cette valeur peut être obtenue auprès du bureau météorologique de l'aéroport le plus proche. En règle générale, une valeur de 30 pouces (76 cm) de mercure est utilisée et correspond au niveau de la mer. Aux altitudes plus élevées, utilisez 29 à 23 pouces (74 à 58 cm).
Lisez les thermodermes avec attention, car les risques d'erreurs d'interpolation sont nombreux. De légères différences dans les valeurs obtenues à partir des échelles de température et des tables de conversion d'humidité peuvent entraîner des résultats considérablement différents.
Voici un exemple : supposons que les thermomètres à bulbe humide et à bulbe sec affichent des incréments de 1 degré, mais que vous puissiez interpoler à un demi-degré près. Avec une précision type de +1 degré, si la température du bulbe sec est de 75 ºF (23,9 ºC) et celle du bulbe humide de 73 ºF (22,8 ºC), les valeurs enregistrées possibles peuvent ressembler à celles du Tableau 1.
Bien que les valeurs des deux thermomètres se situent dans les tolérances, le calcul de la formule d'humidité résultante diffère de 8,8 points de pourcentage ! Si l'on utilise une table de consultation au lieu d'un calcul par formule, la différence peut être encore plus importante. Cette marge d'erreur est maximale dans les calculs basés sur le thermomètre sec/mouillé pour des HR très faibles et très élevées.
L'humidité relative peut également être lue directement sur un hygromètre ou enregistrée en continu à l'aide d'un hyunygraphe.
Un thermomètre de surface, tel que celui illustré à la Figure 3, utilise un élément sensible bimétallique. Il peut être fixé magnétiquement sur une surface en acier, et maintenu sur d'autres surfaces à l'aide d'un ruban adhésif.
Les thermomètres doivent rester en place suffisamment longtemps pour que la température se stabilise — généralement 2 ou 3 minutes. Tapotez légèrement le cadran avant de relever la mesure définitive et veillez à effectuer une lecture bien en face. Évitez la lumière directe du soleil, le vent, le rayonnement thermique, les conduits de chauffage ou de ventilation, ainsi que toute autre condition similaire. Recueillez des données pour les zones chaudes et froides, ainsi que pour les zones moyennes.
Des thermomètres infrarouges numériques sans contact, tels que le PosiTector IRT ou le PosiTector DPM IR, peuvent également être utilisés pour mesurer la température de surface. Lisez attentivement les instructions de l'instrument. Plus l'appareil est tenu loin de la surface, plus la zone de mesure est grande, ce qui peut engendrer des erreurs.
Les conditions atmosphériques étant en constante évolution, les mesures et les calculs doivent être effectués fréquemment. Une période de quatre heures constitue généralement un minimum. Il est recommandé de mesurer différents emplacements et d'enregistrer les conditions avant, pendant et après les travaux. Certaines spécifications exigent une mesure continue pendant l'exposition de l'acier décapé par sablage ou lors du séchage des revêtements ou des feuils ; la mesure continue garantit que le métal reste à une température supérieure au point de rosée.
Certains appareils mesurent uniquement la température du point de rosée, mais les instruments les plus pratiques sont équipés d'une sonde de température de surface raccordée (Figure 4). Une sonde de température de surface permet à l'appareil de calculer et d'afficher la valeur delta essentielle, qui correspond à la différence entre la température de surface et la température du point de rosée.
La mesure en continu est l'une des raisons pour lesquelles les instruments numériques tout-en-un gagnent rapidement en popularité. Ils simplifient considérablement le processus de mesure et de calcul des paramètres environnementaux critiques. Des capteurs de précision à réponse rapide fournissent des lectures exactes et répétables avec une grande fiabilité et une stabilité à long terme. Des certificats d'étalonnage attestant d'une traçabilité directe aux normes du National Institute of Standards and Technology sont généralement disponibles.
L'hygromètre de point de rosée PosiTector DPM affiche en continu et simultanément les cinq paramètres environnementaux sur l'écran à cristaux liquides. Non seulement les valeurs s'affichent, mais elles peuvent être enregistrées dans la mémoire de la jauge par simple pression d'un bouton, ainsi que la date et l'heure. Mieux encore, en programmant un intervalle de temps, la jauge peut fonctionner sans surveillance pour enregistrer les cinq valeurs à cet intervalle (par exemple, toutes les 15 minutes ou toutes les heures) (Figure 5). Les données enregistrées peuvent être conservées jusqu'à ce que l'hygromètre de point de rosée soit récupéré sur site, ou l'utilisateur peut activer la surveillance à distance pour consulter les données en direct sur le terrain. Cette fonction est très pratique pour conserver un historique complet des conditions environnementales avant, pendant et après l'application du revêtement.
Les instruments tout-en-un, tels que l'hygromètre de point de rosée PosiTector DPM, offrent généralement une précision supérieure, une plus grande simplicité et un temps de réponse plus rapide que les méthodes mécaniques. Leur utilisation aisée à une seule main est pratique lors de l'ascension d'une échelle ou d'un échafaudage, ou lors de l'accès à des endroits éloignés et à des zones exigües et difficiles d'accès. L'affichage des résultats à l'écran est rapide et continu.
D'autres hygromètres de point de rosée tout-en-un, tels que l'enregistreur d'hygromètre de point de rosée PosiTector DPM L, sont dotés de boîtiers étanches et peuvent mesurer de manière autonome les conditions environnementales pendant une durée allant jusqu'à 200 jours sans qu'il soit nécessaire de remplacer les piles.
Un autre avantage offert par les instruments numériques est qu'ils éliminent une grande part d'incertitude lors des mesures. De nombreux modèles disposent d'alarmes qui alertent automatiquement l'utilisateur lorsque la température de surface est trop proche de la température du point de rosée ; cette fonction signale le risque élevé de formation d'humidité. La plupart affichent les résultats en unités Celsius ou Fahrenheit. Certains enregistrent la valeur de la température de surface uniquement une fois que cette valeur s'est stabilisée. En d'autres termes, touchez une surface froide ou chaude et l'instrument mesurera la lecture de température à mesure qu'elle chute ou s'élève vers la température réelle de la surface. En quelques secondes, une fois que la jauge détermine que la lecture s'est stabilisée, elle émet un signal sonore et fige l'affichage. Cela est particulièrement pratique lors de la mesure de zones isolées où l'affichage est difficile, voire impossible à consulter.
1. ASTM D3276-15e1, « Standard Guide for Painting Inspectors (Metal Substrates) » (West Conshohocken, PA : ASTM 2015)
2. ISO 8502-4:2017, « Préparation des supports d'acier avant application de peintures et de produits assimilés — Essais pour évaluer la propreté d'une surface — Partie 4 : Guide pour l'estimation de la probabilité de condensation avant application de peinture » (Genève, Suisse : ISO, 2017)
3. ASTM E337-15, « Standard Test Method for Measuring Humidity with a Psychrometer (the Measurement of Wet- and Dry-Bulb Temperatures) » (West Conshohocken, PA : ASTM 2015)
DAVID BEAMISH (1955 – 2019), ancien président de DeFelsko Corporation, un fabricant établi dans l'État de New York d'instruments de contrôle de revêtement portatifs commercialisés dans le monde entier. Diplômé en génie civil, il possédait plus de 25 ans d'expérience dans la conception, la fabrication et la commercialisation de ces instruments de mesure pour divers secteurs internationaux, notamment la peinture industrielle, le contrôle qualité et la fabrication. Il a animé des séminaires de formation et a été un membre actif de plusieurs organisations telles que la NACE, la SSPC, l'ASTM et l'ISO.
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