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LES FICHES TECHNIQUES |
| Les applications
performantes des infrarouges et des ultraviolets dans l'industrie |
| Cahiers de
l'Ingénierie - F. Rabezzana - Mars 98 |
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Aujourd’hui,
les applications industrielles des infrarouges et des l'ultraviolets sont nombreuses,
et variées.
Ces technologies sont
en effet aisément utilisables dans un grand nombre de secteurs industriels et
adaptables à des procédés de fabrication très divers.
L'article qui suit est
un extrait du Guide de l'innovation intitulé " Les applications innovantes
des infrarouges et des ultraviolets dans l'industrie ".
Les infrarouges et les
ultraviolets sont des rayonnements électromagnétiques dont les bandes spectrales
sont situées de part et d'autre de la lumière visible.
Les longueurs d'onde
de l'ultraviolet sont comprises entre 0,1 µm et 0,4 µm et celles de l'infrarouge
entre 0,8 µm et 10 µm.
Le spectre électromagnétique
Ces deux rayonnements
sont transmis dans l'air, sans perte sensible et sans support intermédiaire.
L'absorption se produit généralement à la surface des matériaux avec une profondeur
de pénétration faible. Cette caractéristique est particulièrement marquée pour
le rayonnement ultraviolet.
L'énergie spécifique
de chacun des rayonnements est très différente.
Pour l'infrarouge, elle
est trop faible pour déclencher des processus chimiques et ne permet de générer
que l'agitation électronique au niveau de l'atome donc uniquement le chauffage
du produit insolé.
Par contre, pour le rayonnement
ultraviolet cette énergie est beaucoup plus élevée et peut arracher un électron
de la couche périphérique d'un atome et ainsi créer directement une réaction
chimique du produit insolé.
En conclusion, le comportement
des produits sous l'action d'un rayonnement électromagnétique sera très différent
selon la nature du rayonnement et sera fonction de l'énergie du photon caractéristique
de ce rayonnement.
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LES APPLICATIONS PERFORMANTES DES INFRAROUGES |
Les applications industrielles
des infrarouges concernent des opérations unitaires variées (polymérisation,
séchage, chauffage ... ) dans des secteurs industriels divers (papier, mécanique,
agro-alimentaire ... ).
Elles sont en développement
car ce mode de transfert thermique présente des caractéristiques lui permettant
d'être à l'origine de nombreuses applications :
- les infrarouges permettent
de transmettre de fortes densités de puissance. Ils conviennent particulièrement
à des procédés utilisant des vitesses de productions élevées, et plus particulièrement
à des systèmes visant à améliorer la productivité. Ils permettent de réaliser
des procédés entièrement continus sans stockage intermédiaire;
- grâce à la possibilité
de diriger et de focaliser le rayonnement, les infrarouges permettent des
traitements thermiques très locaux, mais également la génération de flux énergétiques
homogènes et maîtrisés sur des surfaces de produit. Cela facilite l'obtention
de produits de qualité homogène;
- la facilité de régulation
des émetteurs infrarouges autorise une bonne adaptation au traitement de produits
nécessitant une maîtrise rigoureuse des cycles;
- le rayonnement infrarouge
n'étant pas absorbé par l'air, il est possible de développer de nombreux procédés
combinant l'utilisation du rayonnement et de la convection, assurant une grande
souplesse d'utilisation de l'infrarouge.
Cette liste est loin
d'être exhaustive. Une vision générale des applications est donnée dans le tableau
suivant.
SECTEURS
D'APPLICATIONS |
OPERATIONS |
PRODUITS |
| Agro-alimentaire
|
Stérilisation
de surface |
Produits
frais, produits laitiers |
| Stérilisation
à travers emballage |
Produits
frais, patisserie |
| Stérilisation |
Liquide
alimentaire |
| Dorage |
Biscuits,
plats préparés, viandes |
| Dorage |
Produits
laitiers |
| Cuisson |
Biscuits |
| Torréfaction,
grillage |
Graines,
céréales |
| Séchage
déshydratation |
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| Automobile |
Collage |
Eléments
de structure, baguettes décoratives, garnitures |
| Pré-gélification
de peinture |
Carrosserie
cmplète |
| Cuisson
de retouches de peinture |
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| Cuisson
de mastic |
| Séchage
de peintures hydrosolubles |
| Bois |
Séchage
et polymérisation de vernis |
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| Réactivation
de colles |
Placage |
| Composites
|
Thermoformage |
Thermoplastiques
renforcés estampables |
| Préchauffage |
Thermodurcissables |
| Pultrusion |
Profilés,
tubes, ... |
| Collage |
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| Traitement
thermique de fibres |
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| Cuir |
Séchage
d'enduction |
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| Emballage |
Thermorétraction |
Films
plastiques |
| Thermoformage |
Bouteilles
plastiques |
| Séchage
d'encre |
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| Séchage
de peintures et vernis |
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| Séchage
d'émail |
Flacons
de verre |
| Réactivation
de colles |
Rubans
adhésifs |
| Mécanique |
Séchage
de peintures |
Pièces
mécaniques |
| Polymérisation
de peintures |
Pièces
mécaniques |
| Gélification
de poudres |
Pièces
mécaniques |
| Séchage
et cuisson d'émail |
Pièces
en aluminium |
| Tempérage |
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| Séchage
de noyaux de fonderie |
| Collage |
Papier
(fabrication) |
Dopage
des cylindres sécheurs |
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| Rectification
de profils d'humidité |
| Séchage
de couches |
Papier
(transformation) |
Séchage
d'encres et vernis |
Imprimés |
| Flocage |
Revêtements
muraux |
| Polymérisation
d'enduction |
Papiers
spéciaux |
| Plastiques |
Thermoformage |
Pièces
thermoplastiques |
| Cuisson
de peinture et de vernis |
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| Collage |
| Rotomoulage |
| Soudage/fusion |
| Pultrusion |
| Sidérurgie |
Prélaquage |
Tôles
et profilés |
| Textile
|
Pré-séchage |
Tissus |
| Thermofixation |
Fils,
non tissés, tissus |
| Pré-polymérisation
d'enduction |
Tissus |
| Polymérisation
d'enduction |
Tissus |
| Contre-collage |
Doublure |
| Réticulation
d'impression |
Tissus
imprimés |
| Réticulation
d'enduction PVC |
Revêtements
de sols, tissus techniques |
| Grainage
d'enduction PVC |
|
| Flocage |
Velours,
revêtements muraux |
| Séchage
d'enduction |
Tissus
adhésifs |
| Verre |
Ploymérisation
de vernis |
|
| Polymérisation
de peinture |
Miroirs |
| Séchage
d'émail |
Vitrages
automobiles |
| Tous
secteurs |
Chauffage
de zone d'atelier et de postes de travail |
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LES APPLICATIONS PERFORMANTES DES ULTRAVIOLETS |
Les applications industrielles
des rayonnements ultraviolets sont basées sur le principe de la photochimie.
Celle-ci, contrairement à la chimie thermique classique, permet d'exciter électroniquement
une molécule ou une liaison chimique d'une molécule, par le choix approprié
de la longueur d'onde d'excitation.
Elle engendre ainsi des
températures de réaction plus basses et des économies d'énergie.
La plus importante des
utilisations de la photochimie industrielle est la polymérisation de résine,
qu'elle soit la base de vernis, d'encres ou d'adhésifs... Elle touche la plupart
des secteurs (plastique, verre, métal, bois) avec des produits de décoration,
de protection ou d'impression.
De plus, les ultraviolets
sont également utilisés dans les applications de stérilisation. Les secteurs
les plus demandeurs sont l'industrie pharmaceutique et les hôpitaux avec la
stérilisation de l'air, de l'eau, ou de solides.
Les applications du rayonnement
ultraviolet présentent de nombreux avantages, citons les principaux :
- de très grandes vitesses
de séchage, et par conséquent des gains de productivité importants;
- un gain de place
par rapport aux installations classiques qui demandent plusieurs mètres de
tunnels;
- pas de stockage,
car les pièces sont immédiatement emballables;
- 1 tunnel ultraviolet
est souvent intégré dans la chaîne de traitement, permettant de travailler
en continu, et sans manipulation spécifique, d'où un gain d'investissement;
- une diminution de
la consommation d'énergie (d'un facteur 10);
- les revêtements obtenus
par réticulation sous ultraviolets présentent une meilleure résistance aux
agressions diverses,
Enfin, les produits photopolymérisables
assurent le respect de l'environnement en étant classés à haut extrait sec.
Une présentation générale
des applications est donnée dans le tableau suivant.
| SECTEUR |
DOMAINE
D'APPLICATION |
PRODUIT |
PERFORMANCES |
| Automobile |
 |
Pièces plastiques
de carrosserie |
Activation de l'adhérence
des peintures |
| Polymérisation rapide de
vernis |
| Glaces de phare |
Polymérisation de vernis
de protection |
| Bois |
Parquet |
Enduit "bouche-pores"
ou fond dur |
Blocage de la porosité |
| Ameublement |
Apprêt, vernis teinté |
Teinte, surface lisse |
| Industries diverses |
Vernis de finition |
Aspect, résistances mécaniques
et chimique, diversité des produits |
| Environnement |
Assainissement de l'air |
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Stérilisation à froid |
| Assainissement de l'eau |
Stérilisation à froid |
| Traitement des solides |
Instruments chirurgicaux, emballages,
plans de travail |
Stérilisation à froid |
| Fibre
optique |
Transmission |
Encres |
Code couleur |
| Adhésifs |
Collage des fibres sous forme
de ruban |
| Métal |
Tuberie |
Vernis de protection |
Anticorrosion |
| Conserves |
Encres |
Impression |
| Papier |
Imprimerie |
Encres |
Impression |
| Techniques de reproduction |
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| Plastique
|
Cosmétique |
Vernis de base pour métallisation |
Adhérance, aspect de surface |
| Vernis de finition, teinté ou
non |
Protection du marquage à chaud,
résistance aux alcools, brillance, éclat, diversité des produits |
| Revêtement de sol |
Vernis de finition |
Protection contre les marques
laissées par les semelles de chaussures, facilité d'entretien |
| Disque compact |
Vernis de protection |
Protection du signal, durabilité
du produit |
| Emballage |
Vernis de finition |
Protection anti-oxydante du
contenu |
| Cartes électroniques |
Encres |
Impression |
| Vernis de finition |
Protection de l'impression |
| Verre |
Sérigraphie |
Encres |
Impression |
Les perspectives d'évolution
de cette dernière technique, portent à la fois sur l'apparition sur le marché
de nouveaux produits photosensibles (composants, système pigmenté réticulable
sous ultraviolets, produits ultraviolets en phase aqueuse, poudre polymérisable
sous ultraviolets, ... ), mais aussi sur l'évolution des équipements proprement
dits pour:
- améliorer le rendement,
les performances du revêtement, l'ouverture vers de nouvelles applications;
- augmenter la puissance
et le pic d'éclairement;
- améliorer la souplesse
d'utilisation;
- diminuer la chaleur,
en particulier en utilisant des lasers à excimères.
Dans tous les cas, les
lampes à décharges nécessitent des tensions d'alimentation pouvant atteindre
3 000 V. La conception des armoires électriques doit respecter les normes de
sécurité existantes.
Elles doivent être équipées
d'un compartiment haute tension indépendant de la partie régulation, et dont
l'ouverture est asservie à la coupure générale.
Les installations de
rayonnements ultraviolets doivent être entièrement capotées, pour éviter toutes
les fuites du rayonnement, car une exposition à ce rayonnement peut être source
de brûlures de la peau et de la rétine des yeux.
Cette technologie nécessite
donc, quelques précautions liées aux risques inhérents à ce procédé.
Le rayonnement électromagnétique,
dont la longueur d'onde est comprise entre 0, 1 et 10 µm possède des applications
diverses (chauffage, réticulation, etc.) et touche presque tous les secteurs
industriels (mécanique, textile, bois, plastique, verre, etc.)
La qualité des performances
généralement obtenues place ces rayonnements comme une alternative intéressante
aux procédés traditionnels.
Francis RABEZZANA
Mission NOVELECT - CENTRE EDF INDUSTRIE
Immeuble Élysées La Défense - 7, place du Dôme La Défense 7
92056 PARIS LA DÉFENSE
Tél.: 0147 44 97 23
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LISTE DES CENTRES DE COMPÉTENCES |
INFRAROUGES
ADRIA
Association pour le Développement de la Recherche Appliquée
aux Industries Agricoles et Alimentaires
6, rue de l'Université - BP 313
29191 QUIMPER CEDEX
Tél.: 02 98 90 62 32
AGRO HALL
43, rue St Germain - 27000 EVREUX
Tél.: 02 32 39 49 66
CTP
Centre Technique du Papier
Domaine Universitaire - BP 251 - GRENOBLE CEDEX
Tél.: 04 76 44 82 36
EDF
Direction des Etudes et Recherches
Département ADEI - BP1 - 77250 MORET SUR LOING
Tél.: 01 60 73 60 73
ERICA
CETIAT - BP 2042
69603 VILLEURBANNE CEDEX
Tél.: 04 72 44 49 01
ESIM
Ecole Supérieure des Ingénieurs de Marseille
Institut Méditerranéen de Technologies
Technopole de Chateau Gombert
13451 MARSEILLE CEDEX 13
Tél.: 04 91 05 44 44
ENSTIMD
Ecole Supérieure des Techniques Industrielles
et des Mines de Douai
941, rue Charles Bourseul - 59500 DOUAI
Tél.: 03 27 93 22 22
INSTITUT TEXTILE DE FRANCE
Direction régionale de Lille - Activité Energie
2, rue de la Recherche - BP 637
59656 VILLENEUVE D'ACSQ CEDEX
Tél.: 03 20 47 23 60
ULTRAVIOLETS
CTBA
Centre Technique du Bois et de l'Ameublement
Département finition - Section finition
10, avenue de Saint-Mandé - 75012 - PARIS
Tél.: 01 40 19 49 19
CTTM
Centre de TRansfert de Technologie du Mans
Département matériaux IRAP
Technopole Université
20, rue Thalès de Millet - 72000 LE MANS
Tél.: 02 43 83 33 27
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