Le domaine de programme Systèmes et plates-formes d’armes du Programme stratégique de recherche et développement en environnement (SERDP) et du Programme de certification des technologies de sécurité environnementale (ESTCP) a élaboré une stratégie visant à réduire l’utilisation du cadmium (Cd) et du chrome hexavalent (Cr6+) de 90 % ou plus dans les dépôts de maintenance du ministère de la Défense (DoD) au cours des cinq prochaines années. La stratégie comprend des objectifs, des mesures et des actions pour démontrer comment cette réduction peut être réalisée. La stratégie utilise des démonstrations sur site et tire parti des ressources du DoD pour reproduire les processus dans l’ensemble des dépôts du DoD. Elle comprend également une voie future recommandée pour réussir dans le domaine des revêtements avancés.
Le terme « chrome hexavalent » est une désignation abrégée pour les composés chimiques qui contiennent l’élément chrome dans l’état de valence positif 6 . Le chrome métallique est à l’état de valence zéro et l’oxyde de chrome naturel contient du chrome à l’état de valence 3 positif, également appelé chrome trivalent ou Cr(III). Il est important de faire cette distinction, car le Cr(VI) est nettement plus toxique que les autres formes de chrome
Le chrome hexavalent est un cancérogène connu, la principale voie d’exposition étant l’inhalation de vapeurs ou de poussières. Le principal risque sanitaire lié à l’exposition au Cr(VI) est une probabilité accrue de développer un cancer du poumon. Les autres risques potentiels pour la santé comprennent l’asthme, les ulcérations et les perforations de la cloison nasale et les dermatites. En 2006, l’Occupational Safety and Health Administration (OSHA) a divisé par dix la limite d’exposition admissible (PEL), qui est passée de 52 à 5 microgrammes par mètre cube, ce qui en fait l’un des matériaux les plus strictement réglementés utilisés dans les opérations de fabrication et de maintenance.
La limite d’exposition admissible (PEL) est la concentration maximale d’un produit chimique à laquelle un travailleur peut être exposé et est généralement basée sur une valeur moyenne au cours d’un poste de travail de 8 heures.
Malgré sa toxicité, le Cr(VI) possède un certain nombre de propriétés souhaitables, et il est utilisé dans les revêtements et les finitions depuis plus de 50 ans sur des matériaux tels que les alliages d’aluminium, les aciers, les alliages de magnésium et autres. Lorsqu’il est incorporé dans les revêtements, le Cr(VI) sous forme de composés de chromate offre une excellente protection contre la corrosion à presque tous les métaux dans une large gamme d’environnements. Lorsqu’un revêtement est endommagé, par exemple par une rayure qui expose le matériau de base, les propriétés de solubilité des chromates leur permettent de migrer vers la zone exposée et d’inhiber la corrosion. Les chromates sont utilisés dans une variété d’applications militaires pour la finition des métaux, notamment :
- Les revêtements de conversion sur l’aluminium, le magnésium, et les alliages de titane
- Inhibiteurs de corrosion dans les apprêts
- Scellage des revêtements anodisés
- Post-traitement sur les revêtements sacrificiels résistants à la corrosion tels que le cadmium
- Prétraitements des surfaces en acier avant le revêtement
- Apprêts pour liaisons adhésives
De nombreux chromates sont utilisés pour conférer une résistance à la corrosion dans ce qu’on appelle des » empilements » de revêtements. » A titre d’exemple, la plupart des fuselages d’avions sont fabriqués à partir d’alliages d’aluminium, qui sont sensibles à la corrosion. L’empilement de revêtements pourrait consister en un mince revêtement de conversion au chromate qui confère une certaine résistance à la corrosion et améliore l’adhérence des revêtements ultérieurs, suivi d’un apprêt qui contient un composé de chromate et d’une couche de finition en polyuréthane.
La plupart des expositions et rejets potentiels associés aux chromates se produisent pendant les processus d’enlèvement des revêtements, comme le décapage au jet de billes, le sablage/meulage et le décapage des finitions et/ou des revêtements métalliques. Des expositions supplémentaires peuvent se produire lors de l’application de traitements de surface et de revêtements où sont émises des vapeurs qui contiennent du Cr(VI).
Dans d’autres applications, les composants des systèmes d’armes sont placés dans des cuves contenant des solutions d’acide chromique, dans lesquelles le chrome est à l’état hexavalent, soit pour l’anodisation, soit pour le chromage dur. Ces applications visent davantage la résistance à l’usure et, dans le cas du chromage dur, le rétablissement des tolérances dimensionnelles sur de nombreux types de composants. Avec ces procédés, il n’y a pas de Cr(VI) dans le produit final, mais les vapeurs émises par les réservoirs contiennent du Cr(VI) et donc des efforts importants doivent être faits pour s’assurer que l’exposition des travailleurs est inférieure à la PEL.
Une dernière avenue d’exposition des travailleurs au Cr(VI) est le traitement à haute température de matériaux contenant du chrome, comme le soudage et le brasage, qui peut générer des fumées contenant du Cr(VI).
Le ministère de la Défense s’est engagé à réduire l’utilisation de matériaux et de processus contenant du Cr(VI). Cela s’est traduit par la publication d’un mémorandum du sous-secrétaire à la défense pour l’acquisition, la technologie et la logistique le 8 avril 2009 intitulé « Minimiser l’utilisation du chrome hexavalent. » Dans ce mémorandum, le sous-secrétaire déclare : « En raison des risques graves pour la santé humaine et l’environnement liés à l’utilisation du Cr(VI), les restrictions et les contrôles nationaux et internationaux augmentent. Ces restrictions continueront à augmenter les charges réglementaires et les coûts du cycle de vie pour le DoD et à diminuer la disponibilité du matériel. » Il a en outre déclaré : « Il s’agit d’une situation extraordinaire qui exige du DoD qu’il aille au-delà des processus établis de gestion des matières dangereuses. » Il a ordonné aux départements militaires de :
- Investir dans la recherche et le développement appropriés sur les substituts
- Assurer le financement des essais pour qualifier les matériaux et les processus alternatifs
- Approuver l’utilisation des alternatives lorsqu’elles peuvent fonctionner de manière adéquate
- Mettre à jour tous les documents techniques et spécifications pertinents pour autoriser l’utilisation d’alternatives qualifiées
- Documenter les risques Cr(VI) spécifiques au système et les efforts pour qualifier les alternatives dans l’environnement programmatique, Safety and Occupational Health Evaluation for the system
- Share knowledge derived from research, development, test and evaluation of alternatives
- Require the Program Executive Office (PEO) or equivalent level to certify there is no acceptable alternative when Cr(VI) is to be used on a new system
Ce mémo politique sera formalisé dans un nouveau Defense Federal Acquisition Regulation Supplement (DFARS) qui sera publié en 2011. Le mémorandum a également rappelé le rôle du SERDP en tant que source d’information sur les alternatives.
Le SERDP et l’ESTCP ont fait des investissements majeurs au cours des 15 dernières années dans le domaine du
Cr(VI). Compte tenu du large éventail d’applications et de l’utilisation de longue date du Cr(VI), des investissements ont été nécessaires qui vont de la recherche fondamentale au développement avancé, en passant par les tests et l’évaluation pour l’acceptation des alternatives. La recherche fondamentale s’est concentrée sur la compréhension des mécanismes d’inhibition de la corrosion des composés contenant du Cr(VI) et des inhibiteurs alternatifs. Le développement avancé s’est appuyé sur la recherche fondamentale pour développer de nouveaux matériaux, de nouvelles procédures d’essai et de nouvelles technologies de revêtement. Des démonstrations ont permis de recueillir des données de validation pour les revêtements alternatifs sur de nombreux composants de systèmes d’armes. Ces investissements ont été guidés par de nombreux ateliers parrainés par le SERDP et l’ESTCP et ont conduit à une mise en œuvre généralisée des alternatives au Cr(VI) dans les dépôts et les fabricants d’équipements originaux du DoD.
À titre d’exemple, à la fin des années 1990, l’ESTCP a parrainé la Hard Chrome Alternatives Team (HCAT), qui a réuni des experts en matériaux du DoD et des utilisateurs finaux, des fabricants de systèmes d’armes, et des fournisseurs de revêtements afin de démontrer et de valider les revêtements céramiques/métalliques par projection thermique à l’oxygène à haute vitesse (HVOF) comme alternative au chromage dur, principalement sur les composants d’aéronefs tels que les trains d’atterrissage, les actionneurs hydrauliques et les composants de moteurs à turbine à gaz. Cela a abouti à la mise en œuvre de revêtements HVOF sur des composants de nombreux types d’avions militaires. Les travaux du HCAT, ainsi que des études de qualification supplémentaires menées par l’industrie, ont conduit à la mise en œuvre de revêtements HVOF sur les trains d’atterrissage de tous les nouveaux avions commerciaux.
Plus récemment, le SERDP et l’ESTCP ont mis en place des technologies avancées d’ingénierie de surface pour une défense durable (ASETSDefense), une initiative qui promeut des alternatives au
Cr(VI) et à d’autres matériaux dangereux pour l’environnement dans l’ingénierie de surface par le biais d’ateliers périodiques et d’un site web. Le site Web ASETSDefense ( www.asetsdefense.org) comprend une base de données sur l’ingénierie de surface qui permet aux chercheurs et aux utilisateurs finaux d’accéder aux données d’essais en laboratoire et sur le terrain, aux autorisations et aux mises en œuvre d’alternatives aux matériaux et processus dangereux, y compris le Cr(VI).