Lire une spécification de profil : Ra, Sa et leurs limites

Deux chiffres, deux métiers différents

Une spécification de grenaillage contient généralement deux chiffres, et l'erreur de lecture la plus fréquente consiste à croire qu'ils décrivent la même chose. Le premier est un degré de propreté selon l'ISO 8501-1 : Sa1, Sa2, Sa2½ ou Sa3. Le second est une valeur de rugosité, exprimée en microns ou en mils. Sa2½ signifie qu'après le traitement, des ombres légères et des taches peuvent subsister sur au plus 5 % de la surface. Cela ne dit rien du tout sur la texture. Les équivalents nord-américains suivent en parallèle : SSPC-SP 10 / NACE No 2 pour Sa2½, SP 6 / No 3 pour Sa2, SP 5 / No 1 pour Sa3.

La même surface peut être propre au grade Sa2½ avec un profil de 30 microns ou avec un profil de 90 microns, et les deux photographies passent la norme. C'est précisément pour cela qu'une spécification de peinture associe les deux chiffres : un degré de propreté plus une plage de profil, couramment 40–70 ou 50–75 microns, reprise de la fiche technique du revêtement. Si vous ne confiez que le grade au grenaillage, vous avez défini un nettoyage, pas une préparation. Si vous ne confiez que le profil au peintre, vous ne lui avez rien dit de ce qui reste sur l'acier.

Les deux comptent parce que l'ancrage mécanique fait le travail. Le revêtement pénètre dans les creux et durcit sur les crêtes ; c'est cet ancrage, et non la brillance de l'acier, qui tient la charge en service.

Ce que mesure réellement la valeur de rugosité

La valeur de rugosité est le lieu où la confusion s'aggrave, car plusieurs paramètres sont employés indifféremment. Ra est la moyenne arithmétique de tous les écarts de profil par rapport à la ligne moyenne, définie par l'ISO 4287. Rz est la moyenne des hauteurs maximales crête-vallée sur cinq longueurs d'échantillonnage consécutives, définie par l'ISO 8503 ; c'est celle que les spécifications de revêtement et les tableaux de choix d'abrasif utilisent réellement. Rmax est le point crête-vallée le plus élevé de la longueur d'évaluation, ce qui compte lorsque le revêtement est assez mince pour que les crêtes les plus hautes le traversent.

Ces trois grandeurs ne évoluent pas au même rythme. Sur de l'acier grenaillé, Ra vaut typiquement un cinquième à un septième de Rz : un profil Rz de 60 microns peut donc se lire Ra 8 à 12. Spécifiez Ra 10, mesurez ensuite Rz au ruban adhésif, et vous conclurez à tort que la surface est mauvaise alors qu'elle est conforme. Un troisième piège tient aux unités : les documents nord-américains expriment le profil en mils, un mil valant 25,4 microns, si bien que « 2 à 3 mils » correspond à une plage de 51 à 76 microns. Les tableaux abrasif-profil supposent également 90–100 psi à la buse et donnent une profondeur moyenne, non un minimum ou un maximum garanti.

Vient ensuite l'instrument. Le ruban adhésif de reproduction mesuré au comparateur à ressort, selon ASTM D4417 Method C, reste la méthode de terrain de référence : le ruban standard lit environ 20–64 microns, le ruban extra-coarse 38–115, avec une précision de l'ordre de ±2,5 micron et une répétabilité entre opérateurs de ±5 microns lorsque la technique est correcte. Un profilomètre à stylet restitue directement Ra, Rz et Rmax, et ses valeurs ne sont pas interchangeables avec une lecture au ruban, parce que ce sont des paramètres différents. Les témoins de comparaison de l'ISO 8503-1, avec une série G pour les abrasifs anguleux et une série S pour les billes, conviennent pour un contrôle rapide mais renvoient une catégorie, pas un chiffre.

Ce qu'une spécification de grenaillage oublie

• Propreté et profil sont deux exigences distinctes. Indiquez les deux, et précisez la surface concernée. Un grade Sa2½ sur les faces visibles ne dit rien de l'intérieur d'une pièce de fonderie ni de la face inférieure d'une bride.
• Le rapport entre le profil et l'épaisseur du film. Le profil devrait représenter environ un quart à un tiers de l'épaisseur sèche totale, et jamais davantage que la première couche. Un système épais de 200 microns tolère confortablement 75 microns ; un primaire fin de 75 microns posé sur un profil de 100 microns invite à la percée des crêtes et à la rouille ponctuelle.
• Quel paramètre, et quel instrument. Nommez Ra, Rz ou Rmax, indiquez la méthode (ASTM D4417 Method C, ISO 8503-5) et précisez combien de relevés sont exigés et en combien d'endroits.
• L'abrasif et la fenêtre de procédé. Type, calibre et dureté du média, pression de buse, géométrie de buse, distance de jet et angle d'impact fixent le résultat. Prolonger le grenaillage avec un média fin produit une surface plus propre, pas plus rugueuse : « continuer jusqu'à ce que ça ait l'air correct » n'atteint jamais un profil plus profond.
• Le délai avant application. Une surface fraîchement grenaillée s'oxyde vite. Appliquez dans une fenêtre définie, ou protégez la pièce, car la rouille éclair est difficile à éliminer et le revêtement n'a pas été conçu pour s'y poser.
• Contamination et sels solubles. Huile, graisse et sels ne s'enlèvent pas au grenaillage. Un dégraissage par solvant ou par alcali, SSPC-SP 1, doit précéder le contact de l'abrasif avec l'acier.
• La tolérance de variabilité. Une mesure ne décrit pas une surface. Prenez trois relevés en trois endroits et indiquez l'amplitude en plus de la moyenne : une dispersion large signale presque toujours un défaut de procédé plutôt que la malchance.

Où le profil dérape réellement

Le profil est fixé par l'abrasif et par les conditions d'impact, et la machine compte davantage que l'enthousiasme de l'opérateur. Le calibre du média fixe l'échelle : les abrasifs anguleux taillent un motif de crêtes et de creux vif et irrégulier, tandis que les billes sphériques martèlent un motif arrondi et enfoncé, avec un ancrage mécanique plus faible. La dureté et la masse volumique déterminent la part d'énergie d'impact qui survit au trajet. Une buse venturi développe un profil plus profond qu'une buse à tube droit de même diamètre, et cent pieds de flexible avec une buse usée peuvent coûter autour de 20 psi à la sortie. Rapprocher le jet et frapper perpendiculairement à la surface approfondit le profil ; s'écarter ou travailler en biais l'aplatit. La règle pratique des documentations SSPC est d'employer le plus petit abrasif qui fait le travail, et de mener des essais avant de modifier l'un de ces paramètres.

Les modes de défaillance sont prévisibles, et chacun appelle un remède différent. Un profil trop faible laisse le revêtement sans prise : attendez-vous à des soulèvements de bord, des cloquements et un délaminage précoce, et le remède est un abrasif plus grossier ou plus dur, pas un temps de contact plus long. Un profil trop profond laisse les crêtes dépasser un film mince ; la corrosion démarre alors en premier sur les points hauts et la consommation de peinture augmente, un profil de 4 à 5 mils pouvant la majorer d'environ un quart. L'inclusion de média se traduit par des piqûres contaminées qu'aucun revêtement ne peut recouvrir, généralement parce que des abrasifs anguleux ont été projetés à 90 degrés sur un substrat tendre. Les bandes et les zones non traitées viennent d'un chevauchement insuffisant et d'une vitesse de passage irrégulière, non du média. La rouille éclair entre le grenaillage et l'application est un défaut de planification, pas de grenaillage. Une buse usée en ovoïde ou une chute de pression sur un long flexible réduit discrètement l'énergie d'impact de moitié : c'est pourquoi un manomètre en bout de flexible a sa place sur toute machine devant tenir un profil.

Transformez cela en routine : contrôlez le profil sur la première pièce, à chaque changement d'abrasif et après tout changement de buse ou de pression, et consignez l'amplitude autant que la moyenne. Si vous spécifiez une machine au lieu de l'exploiter, demandez comment elle maintient une pression de buse constante, comment le média est dosé et comment la pièce est présentée au jet, car un profil qui ne se répète pas d'un lot à l'autre n'est pas une spécification mais une coïncidence.