14. Transport en phase gazeuse : Tatar/Gannon et van Leeuwen
La formation d’une espèce volatile de Cr(VI) sur une source de chrome chaude, son dépôt sur des fibres plus froides et la formation d’un chromate de calcium ou de sodium sont des étapes de réaction distinctes. Elles peuvent se produire parallèlement ou successivement. L’affirmation selon laquelle du Cr(VI) se forme aussi sans isolant contenant du calcium doit donc être distinguée de la question du rôle que joue un tel isolant dans la fixation, la quantité et la forme chimique du chrome déposé. [11, 35-37]
| Étude | Conditions d’essai | Constat analytique / classement |
|---|---|---|
| Tatar/Gannon et al. 2018 [35] | Acier ferritique T409 à 700 °C ; air humide, p(H₂O) environ 0,16 bar ; 900 cm³ standard/min ; fibres aluminosilicatées séparées à 100-230 °C ; 150 h. | La XPS met en évidence Cr(VI) et Cr(III) sur les fibres. L’adsorption, la déshydratation et l’estérification avec les groupes OH de surface sont proposées comme mécanisme. Aucune mise en évidence spécifique de phase CaCrO₄ ou Na₂CrO₄ dans l’expérience sur fibres. |
| van Leeuwen et al. 2024 [36] | Poudre de Cr₂O₃ comme source ; zone chaude environ 800-850 °C ; environ 3 % en volume d’eau dans l’air ; environ 600 cm³/min ; 150 h. Fibres séparées dans la zone de sortie plus froide. | Le Cr(VI) est déterminé par voie humide avec le diphénylcarbazide/UV-Vis, le chrome total par ICP-OES. La présence de CaCrO₄ sur des fibres AES contenant du calcium est modélisée thermodynamiquement. Le Cr(VI) mesuré et l’inventaire de phases modélisé sont à distinguer. |
| Sayano et al. 2015 [11] | Contact direct de métaux contenant du chrome avec des isolants calco-silicatés ou contenant du sodium ; traitement thermique à l’air. | CaCrO₄ et Na₂CrO₄ sont identifiés par XRD à l’interface métal-isolant. Cette voie ne dépend ni d’un transport en phase gazeuse ni de l’estérification de groupes de surface. |
Tatar étudie l’oxyhydroxyde de chrome issu d’une source d’acier chaude et son interaction avec des fibres aluminosilicatées plus froides et spatialement séparées. L’estérification proposée concerne des liaisons de surface contenant du chromate sur des centres aluminium/silicium ; elle ne peut être assimilée à une mise en évidence de chromate de calcium ou de sodium. La séquence de réaction est déduite de constats XPS et de la littérature. Le Cr(VI) lui-même a été constaté analytiquement. [35]
Si Tatar est invoqué comme preuve que la chimie de l’isolant serait par principe sans importance pour les dépôts de Cr(VI), cela dépasse les faits étudiés. Le travail montre une voie de formation et de transport sans contribution nécessaire du calcium à la source chaude. Il n’annule ni la mise en évidence directe à l’interface par Sayano ni une réaction ultérieure avec des composants calciques ou sodiques. [11, 35]
Van Leeuwen reprend expressément Tatar/Gannon et compare des fibres de quartz, des fibres d’oxyde d’aluminium et deux fibres alcalines de silicate alcalino-terreux (AES). Les quatre matériaux accumulent du Cr(VI). Les deux échantillons AES présentent, dans les solutions de digestion examinées, des concentrations absolues de Cr(VI) plus élevées que les échantillons de quartz et d’oxyde d’aluminium. La part de Cr(VI) dans le chrome total n’augmente toutefois pas de la même manière dans chaque échantillon : les valeurs individuelles du tableau II permettent un énoncé plus précis qu’une description globale faisant état de parts de Cr(VI) toujours plus élevées pour les AES. [36]
| Échantillon de fibre | Cr(VI), mg/L | Cr total, mg/L | Cr(VI)/Cr total |
|---|---|---|---|
| Quartz | 0,739 | 1,339 | 55 % |
| Oxyde d’aluminium | 0,403 | 1,976 | 20 % |
| AES #1 | 0,873 | 2,170 | 40 % |
| AES #2 | 1,747 | 3,040 | 57 % |
Valeurs d’après le tableau II ; pourcentages calculés à partir des valeurs individuelles publiées et arrondis. Il s’agit de concentrations dans des solutions de digestion, non de concentrations dans l’air ni directement de mg/kg d’isolant. Les différentes géométries de fibres et positions d’échantillonnage doivent être prises en compte lors de la comparaison des quantités. [36]
Les auteurs modélisent avec FactSage la réaction des espèces de chrome qui se condensent avec les composants oxydes et décrivent CaCrO₄ comme un porteur de Cr(VI) possible et important des fibres contenant du calcium. Cela complète mécanistiquement le transport en phase gazeuse. L’étude ne remplace cependant pas la mise en évidence directe des phases par XRD issue de l’essai de contact de Sayano. Chimiquement, CaCrO₄ est un chromate de Cr(VI) ; CaCr₂O₄ contient en revanche du Cr(III). Les écritures de formules divergentes dans certains passages doivent être vérifiées à l’aide du degré d’oxydation. [11, 36]
Pour la transposition aux installations, les conditions d’essai doivent être prises en compte : Tatar utilise de l’air fortement humidifié ; van Leeuwen environ 3 % en volume d’eau. Tous deux font passer un flux gazeux orienté dans un tube comportant une source chaude et, en aval, des échantillons de fibres. L’essai de van Leeuwen se déroule à la pression atmosphérique locale, non dans un réacteur à vapeur haute pression. La publication indique 800 °C dans le résumé et, dans la partie méthodes, un calibrage du centre du four à 850 °C. Les essais expliquent des possibilités de réaction ; leurs quantités ne sont pas directement transposables à une isolation extérieure de moteur librement exposée au flux. [35, 36]
L’association européenne des fabricants comme commanditaire : ECFIA et Montana State University
Tatar et van Leeuwen travaillent au sein du même groupe de recherche américain à la Montana State University ; Paul Gannon participe aux deux publications. La thèse de van Leeuwen de mai 2024 indique expressément en page 2 que la recherche remontait à une demande d’ECFIA, association des fabricants européens de laines isolantes haute température. Il s’agissait d’examiner des affirmations de concurrents selon lesquelles leurs produits réduisaient ou empêchaient la formation de Cr(VI). Les remerciements en page iii mentionnent un financement partiel par des partenaires industriels d’ECFIA. [35-37]
Il est ainsi documenté que la formation de Cr(VI) sur les laines isolantes haute température était connue comme sujet au sein de l’association européenne des fabricants ; l’élément déclencheur était constitué d’affirmations de concurrents relatives à la réduction ou à l’empêchement de la formation de Cr(VI). La thèse et la publication ultérieure sont des résultats qui se recoupent au sein du même contexte de recherche, non des confirmations indépendantes l’une de l’autre. L’indication de financement se rapporte ici au projet de thèse ; elle n’est pas présentée sans autre examen comme un financement spécifique de chaque publication prise isolément. [36, 37]
Il en découle une question précise : quels résultats ont été transmis, et à quel moment, aux partenaires industriels concernés, et comment sont-ils entrés dans les informations produits et dans les avertissements liés à l’application ? Le résultat scientifique doit être apprécié indépendamment de cette question de communication, sur la base de ses méthodes et de ses données.
Sources citées dans cette section
- 11.Sayano, A.; Kanno, H.; Inagaki, S.; Takahashi, M.; Yoshida, M.: The formation of Cr(VI) compound at the interface between metal and heat-insulating material and the approach to prevent the formation by sol-gel process. Journal of the Ceramic Society of Japan 2015, 123, 677-684. DOI: 10.2109/jcersj2.123.677. Étude présentée
- 35.Tatar, G. et al. / Gannon, P.: XPS Characterization of Aluminosilicate Fibers Post Interaction with Chromium Oxyhydroxide at 100-230°C. Journal of The Electrochemical Society 165 (2018), C624-C632. DOI: 10.1149/2.0801810jes. Texte intégral présenté.
- 36.van Leeuwen, T. K. et al.: Reactive Condensation of Cr Vapor on Aluminosilicates Containing Alkaline Oxides. Journal of The Electrochemical Society 171 (2024), 091501, publié le 2 septembre 2024. DOI: 10.1149/1945-7111/ad7061. Texte intégral présenté ; méthodes, tableaux I/II et modélisation exploités séparément.
- 37.van Leeuwen, T. K.: Condensation of Chromium Vapor, Generated in High-Temperature (>800°C) Environments, and Interactions with Aluminosilicate Surfaces. Thèse, Montana State University, mai 2024. Texte intégral présenté ; en particulier les pages imprimées iii et 2 (ECFIA, financement et origine de la recherche).Disponible auprès de l’auteur, non accessible au public.