Recherche d'un procédé alternatif écoresponsable au traitement de phosphatation par une fonctionnalisation de surface à l'aide de monocouches auto-assemblées : Etude des propriétés tribologiques, d'adhérence et d'anti-corrosion.

Research into an eco-friendly alternative process to phosphating treatment by surface functionalisation using self-assembled monolayers : study of tribological, adhesion and anti-corrosion properties

• Auteur / Autrice : Agathe Rougier
• Direction : Fabrice Lallemand, Francis Touyeras, Xavier Roizard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 29/03/2021
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut UTINAM (Univers, transport, interfaces, nanostructures, atmosphère et environnement, molécules) (Besançon) - Univers- Transport- Interfaces- Nanostructures- Atmosphère et environnement- Molécules / UTINAM
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Yves Hihn
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Lallemand, Francis Touyeras, Xavier Roizard, Jean-Yves Hihn, Valérie Nassiet, Catherine Savall, Yves Grohens, Maëlenn Aufray
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Valérie Nassiet, Catherine Savall, Yves Grohens

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitements de surface

Tribologie (technologie)

Acier inoxydable

Fonctionnalisation des surfaces (chimie)

Mots clés libres

Fonctionnalisation de surface

Acier inoxydable

Adhésion

Ecoresponsable

Tribologie

Corrosion

Surface functionnalization

Stainless steel

Adhesion

Ecofriendly

Tribology

Corrosion

Résumé

La réglementation en matière de connaissance des produits chimiques et de l'évaluation de leurs risques, conjuguée à une préoccupation grandissante de la société face aux risques, a conduit les industriels à partir des années 90, à innover afin de développer des produits toujours plus « verts ».Depuis les années 2000, une démarche RSE (Responsabilité Sociétale des Entreprises) permet l’intégration volontaire par les entreprises de préoccupations sociales et environnementales à leurs activités. Elle comprend plusieurs idées notamment l’utilisation de technologies plus propres, tout en garantissant de bonnes conditions de travail au personnel. Le domaine du traitement de surface est donc grandement impacté. L’objectif de la thèse s’inscrit dans cette thématique d’amélioration. Il s’agit de remplacer le traitement de phosphatation par un procédé écologique, facile d’utilisation et économique. Dans le domaine automobile, la phosphatation est un revêtement qui sert de primaire d’adhérence à une peinture cataphorétique. On la retrouve également comme traitement de surfaces pour la mise en forme de pièces ou sur des vis et des engrenages, pour ses propriétés lubrifiantes et d’anti-grippage. Dans tous les cas, une bonne protection du substrat contre la corrosion est obtenue par ce revêtement. Ainsi, le travail de thèse est articulé selon les trois principales propriétés que peut conférer un traitement de phosphatation à un substrat métallique qui sont :- L’adhérence- La lubrification- L’anticorrosion. Pour trouver une alternative à la phosphatation, notre choix s’est porté sur des films minces organiques et plus particulièrement sur des molécules ayant la capacité de s’auto-assembler nommées Self Assembled monolayer (SAMs). Pour cette étude, les SAMs de type acide phosphonique ont été choisis. Afin d’obtenir de bonnes propriétés tribologiques, l’influence de la longueur de la chaine carbonée et de la nature de la fonction terminale ont été étudiées. Pour parvenir à augmenter l’adhérence globale du système, nos efforts se sont focalisés sur l’interface SAMs peinture cataphorétique afin d’obtenir des performances équivalentes ou supérieures à ceux obtenus avec la phosphatation. Afin d’obtenir des propriétés d’anti-corrosion, plusieurs protocoles de greffage ont été étudiés. L’ajout d’un inhibiteur de corrosion écologique issu de molécules végétales en l’occurrence l’aloé vera permet de concurrencer le traitement de phosphatation.Plusieurs formulations sont proposées en fonction des applications industrielles recherchées.

The regulations regarding knowledge of chemical products and their risk's assessment , combined with a society's growing concern about risks, have led the industrials from the 90's on, to innovation in developing ''greener'' products.Since the 2000s, a CSR (Corporate Social Responsibility) approach has enabled companies to integrate social and environmental considerations into their activities on a voluntary basis. It includes several ideas, notably the use of cleaner technologies, while guaranteeing good working conditions for their staff. The domain of surface treatment is therefore greatly impacted. The objective of the thesis is part of the improvement theme. It aims to replace the phosphating treatment by an ecological, user-friendly and economical process.In the automotive sector, phosphating is a coating that serves as an adhesion primer for a cataphoretic paint. It is also found as a surface treatment for the shaping of parts or on screws and gears, for its lubricating and anti-seize properties. Either way, a good protection of the substrate against corrosion is obtained by this coating.Thus, the thesis work is organized according to the three main properties that a phosphatizing treatment can provide to a metallic substrate, which are :- Adhesion- The lubrication- AnticorrosionAs an alternative to phosphating, we chose organic thin films and more specifically on molecules able to self-assemble, called Self Assembled Monolayers (SAMs). For this study, phosphonic acid type SAMs were chosen.In order to obtain a good tribological property, the length's influence of the carbon chain and the nature of the terminal function have been studied. In addition, to increase the overall adhesion of the system, our efforts focused on the SAMs cataphoretic paint interface to achieve performances equivalent or superior to those obtained with phosphating.In the aim of getting anti-corrosion properties, several grafting protocols have been studied. Adding an ecological corrosion inhibitor derived from plant molecules, in our case aloe vera, makes it possible to compete with the phosphating treatment.Several formulations are proposed according to the industrial applications sought.