Brevet FR2850591A1 — publié le 20040806

Procédé de séparation d'alliages métalliques corroyés et moulés. Domaine de l'invention L'invention concerne la séparation automatique des pièces en alliages métalliques corroyées, c'est-à-dire de pièces fabriquées à partir de demi-produits laminés, filés ou forgés, et de pièces moulées, et plus particulièrement de déchets de telles pièces, 10 comme par exemple les déchets de pièces en alliages d'aluminium provenant du recyclage des véhicules automobiles hors d'usage. Etat de la technique Le recyclage des déchets en alliages d'aluminium est pratiqué depuis de nombreuses années en raison de leur valeur intrinsèque assez élevée et de la facilité relative de ce recyclage. Une source importante de déchets provient des véhicules automobiles en fin de vie, qui sont compactés et broyés. Jusqu'à une date récente, la majeure partie des alliages d'aluminium utilisés dans l'automobile provenait de pièces moulées, 20 notamment des pièces de moteurs (blocs-moteur, culasses, pistons, etc.). Ces pièces sont pour la plupart en alliages d'aluminium à forte teneur en silicium. Depuis quelques années, l'utilisation de pièces en alliages d'aluminium corroyés s'est fortement développée, par exemple des tôles de carrosserie en alliages de la série 6000 (Al-Si-Mg) ou de la série 5000 (alliages Al-Mg, des profilés pour pare-chocs et 25 structures, et des bandes minces pour les échangeurs de chaleur des systèmes de refroidissement du moteur et de climatisation. La valeur des déchets est d'autant plus importante qu'ils sont plus homogènes quant à leur composition chimique. Pour cette raison, des techniques de séparation ont été développées récemment. L'article " Scrap Separation Advances to boost Secondary 30 Business ", paru dans Aluminium Today de juillet-aot 2001 (pages 22-23) décrit la problématique technique et économique du recyclage des déchets d'alliages d'aluminium. L'augmentation de l'utilisation d'alliages corroyés dans l'automobile risque de conduire à un surplus d'aluminium de deuxième fusion par rapport aux besoins des alliages de moulage, et, pour que les déchets de pièces moulées aillent en priorité aux alliages de moulage de deuxième fusion, il est intéressant de faire un premier tri entre les déchets de pièces moulées et celles issues de demi-produits filés, forgés ou laminés. Les principales techniques de tri mentionnées dans l'article sont: - le tri calorimétrique, qui permet de distinguer les différentes catégories d'alliages grâce à la couleur obtenue par un traitement chimique de surface approprié, comme décrit dans le brevet EP 0861910 (Alcoa). Le tri peut alors être effectué à l'aide d'une caméra placée au- dessus de la bande transporteuse des déchets à trier, comme indiqué dans la demande de brevet WO 95/17974 (Huron Valley Steel Corp.). 1o L'utilisation de certains produits chimiques peut poser des problèmes d'évacuation des effluents. - la spectrométrie par ablation laser, en anglais " laser induced breakdown spectroscopy " ou LIBS. Cette technique est décrite notamment dans le brevet EP 0293983 (Metalgesellschaft). Cette méthode est particulièrement sensible à l'état de 15 surface. D'autres méthodes de tri ont également été proposées, par exemple dans l'article de A. Gesing et al. " Separation of Wrought Fraction of Aluminum Recovered from Automobile Shredder Scrap " TMS Annual Meeting & Exhibition, 12/02/2001, comme les rayons X ou les courants de Foucault multifréquence, cette dernière 20 technique étant assez sensible à la forme des objets à reconnaître. Le but de la présente invention est de fournir une méthode de tri entre les pièces en alliages métalliques moulées et celles provenant de demiproduits laminés ou filés, qui soit fiable, simple et économique. Objet de l'invention L'invention a pour objet un procédé de séparation de pièces en alliages métalliques, notamment en alliages d'aluminium, moulées ou obtenues à partir de produits laminés, filés ou forgés, consistant à produire une image de la surface des pièces par 30 une méthode permettant de différencier les surfaces présentant un profil de rugosité périodique et/ou à direction privilégiée des surfaces à profil de rugosité aléatoire, et à trier les pièces en fonction de l'image obtenue. Elle a en particulier pour objet un procédé de ce type dans lequel la méthode permettant de différencier les surfaces consiste à produire sur un écran, à l'aide d'un faisceau laser, une image réfléchie de la surface de la pièce, et à enregistrer cette image. Elle a également pour objet un procédé de tri de pièces métalliques comportant un premier tri par le procédé précédent, et un second tri par un autre procédé de l'art antérieur tel que le tri colorimétrique ou la spectrométrie par ablation laser. Description des figures La figure 1 est un schéma de montage expérimental illustrant le principe de la réflectométrie laser. Les figures 2a, 2b, 2c et 2d représentent respectivement le type d'image en réflexion laser obtenues à partir d'une surface parfaitement polie, d'une surface rugueuse 1 5 isotrope et d'une surface rugueuse anisotrope sans ou avec diffusion de surface. Les figures 3a et 3b sont des photographies obtenues par réflexion laser pour une pièce laminée et une pièce moulée. Les figures 4a et 4b représentent en perspective, respectivement à partir du dessus et du dessous, un schéma de principe d'une installation de tri utilisant le procédé selon 20 l'invention. Description de l'invention L'invention est basée sur la constatation que les rugosités de surface des pièces 25 moulées et des pièces issues de demi-produits corroyés présentent des profils différents. Le profil de rugosité des pièces moulées est isotrope, avec des fluctuations de hauteur aléatoires, tandis que celui des pièces issues de produits laminés ou filés présente une direction privilégiée et/ou une certaine périodicité. Si on produit, par une méthode déterminée, une image de la surface des pièces qui soit différente selon 30 que le profil de rugosité est isotrope ou anisotrope, et qu'on sépare les pièces en fonction de cette image, on dispose ainsi d'un moyen de séparer d'une part les pièces moulées et d'autre part les pièces issues de produits laminés, forgés ou filés. Ce principe de séparation s'applique à tous les métaux et alliages qu'on peut transformer par laminage, forgeage, filage ou moulage, puisque ces techniques de transformation génèrent le même type de rugosité superficielle quel que soit le métal. Une méthode particulièrement appropriée pour obtenir une image représentative du 5 type de rugosité de la surface est la réflectométrie laser. Le principe de la méthode est illustré par le montage expérimental de la figure 1. On dirige sur l'échantillon à identifier le faisceau d'un laser de faible puissance. L'image réfléchie est récupérée sur un écran et photographiée. Une surface métallique parfaitement polie, et donc non rugueuse, réfléchit les 10 rayonnements de manière spéculaire, c'est-à-dire qu'on a une réflexion totale selon une direction symétrique par rapport à la normale de celle du rayon incident. Dans le cas d'un miroir parfait, l'image obtenue est un point, comme indiqué à la figure 2a. Si, au contraire, la surface de l'échantillon présente une certaine rugosité, chaque élément de cette surface va se comporter comme une source de lumière émettant une 15 onde sphérique. Le déphasage entre ces ondes est à l'origine d'interférences qui, selon les cas, vont conduire soit à une tache lumineuse, soit à une tache sombre. On obtient ainsi une image granuleuse, souvent appelée " speckle " caractérisée par une multitude de taches brillantes sur un fond sombre. Si la rugosité de surface est isotrope, c'est-à-dire présente des fluctuations de hauteur 20 aléatoires, comme c'est le cas pour les produits métalliques moulés, on obtient une image réfléchie avec un halo de diffusion et une faible réflexion spéculaire, comme indiqué à la figure 2b. Si la rugosité de surface est anisotrope, c'est-à-dire présente une direction privilégiée et/ou des motifs répétitifs avec un pas à peu près régulier, comme c'est le cas pour les produits métalliques laminés, forgés ou filés, le faisceau 25 réfléchi est discrétisé, l'énergie lumineuse étant concentrée selon des directions particulières appelées ordres de diffraction. Dans ce cas, l'image réfléchie associe à la réflexion spéculaire un trait de diffraction appelé " comète ", comme illustré à la figure 3c. Les images obtenues sont suffisamment différenciées pour pouvoir utiliser pour le tri 30 proprement dit des techniques d'analyse d'image relativement simples, par exemple une reconnaissance de forme pour identification de la comète, une mesure de flux lumineux ou une mesure d'intensité maximale pour évaluation de la réflectance spéculaire. Le procédé selon l'invention s'applique à la séparation de pièces moulées d'une part et de pièces forgées ou issues de produits laminés (tôles) ou filés (profilés, barres et tubes) d'un grand nombre de métaux et alliages, puisque la discrimination se fait non pas par la composition chimique, mais par l'état de surface résultant de son mode de 5 transformation. Bien qu'il ne s'applique pas aux produits revêtus, comme les produits peints ou laqués, cette restriction n'est guère limitative pour les déchets résultant du broyage. En effet, le broyage enlève, au moins partiellement, la couche de peinture, et l'échantillon peut alors être reconnu. Il en est de même pour les pièces sales ou grasses. Le balayage laser, ou le passage des échantillons devant un faisceau 10 laser fixe, est une opération continue, de sorte que la probabilité pour que le faisceau ne rencontre pas une zone de surface présentant la rugosité typique du mode de transformation est très faible. Ceci rend le procédé plus fiable que les méthodes ponctuelles comme la spectrométrie à partir d'un tir laser. Il en résulte une très faible pollution du gisement de déchets corroyés récupérés. Le procédé selon l'invention a un cot de mise en oeuvre faible, grâce à l'utilisation de lasers de faible puissance, et de moyens d'acquisition et de traitement d'images peu sophistiqués. Si l'on souhaite un tri plus poussé, par exemple par type d'alliage, on peut faire suivre le procédé selon l'invention d'autres procédés de tri de l'art antérieur, comme le tri calorimétrique ou la spectrométrie par ablation laser. 20 Exemple On a soumis un certain nombre de déchets d'alliages d'aluminium, provenant du broyage de véhicules hors d'usage, et séparés par flottation, au dispositif 25 expérimental décrit à la figure 1. On a utilisé comme source un laser de faible puissance (10 mW) de type hélium-néon, de longueur d'onde 632 nm, dont le faisceau est dirigé vers les déchets. L'image réfléchie sur écran est photographiée à l'aide d'un appareil Polarod E600 muni d'un objectif de 127 mm. La distance entre l'objectif et l'écran était de 1,60 m et le temps de pose de 1/2 s. La figure 3a est la 30 photographie obtenue pour un échantillon de pièce laminée en alliage 5182, et la figure 3b pour un échantillon de pièce moulée en alliage A-S7G (alliage à 7% de silicium). On retrouve bien une forme de comète dans le premier cas, et de halo dans le second cas, suffisamment différenciées pour permettre un tri entre les deux types d'alliages. Si on diminue le temps de pose à 1/8 s, on obtient toujours une comète pour la pièce laminée, mais, pour la pièce moulée, le flux lumineux réfléchi est insuffisant pour 5 imprimer un film photographique de sensibilité 300 ASA. On peut donc utiliser une simple mesure de flux lumineux pour faire le tri. Les figures 4a et 4b montrent un schéma de principe d'un dispositif expérimental de tri pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Il comporte une source laser (1) réglable en hauteur et en rotation, deux platines (2) et (3) pour recevoir les 10 échantillons, qui simulent le convoyeur d'une installation industrielle, deux plaques en verre dépoli (4) surmontées d'un capot en forme de pyramide tronquée, au sommet duquel se trouve une caméra (5) de position réglable en longueur et en hauteur. En fonction de la position et de la forme de l'échantillon, le faisceau laser se réfléchit sur l'une ou l'autre des plaques (4). L'image réfléchie peut alors être saisie 1 5 et traitée par la caméra (5). Revendications 1. Procédé de séparation de pièces en alliages métalliques moulées ou obtenues à partir de produits laminés, forgés ou filés, consistant à produire une image de la surface des pièces par une méthode permettant de différencier les surfaces présentant un profil de rugosité périodique et/ou à direction privilégiée des surfaces à profil de rugosité aléatoire, et à trier les pièces en 10 fonction de l'image obtenue. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les alliages métalliques sont des alliages d'aluminium. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la méthode permettant de différencier les surfaces consiste à produire sur un écran, à l'aide'd'un faisceau laser, une image réfléchie de la surface de la pièce, et à enregistrer cette image. 4. Procédé de tri de pièces métalliques comportant un premier tri par le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, et un second tri par un autre procédé tel que le tri calorimétrique ou la spectrométrie par ablation laser. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 25 à 3, comportant une source laser (1), au moins une plaque (4) en verre dépoli destinée à recevoir l'image réfléchie, et une caméra (5) pour traiter cette image.