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La galvano à travers les âges
Pour le commun des mortels, la galvanoplastie n'est qu'une technique parmi tant d'autres et bien peu d'entre nous seraient à même d'en indiquer les origines, a fortiori de remonter son cheminement à travers les temps. Or la galvanoplastie est beaucoup plus qu'une technique au sens propre du terme, c'est un véritable Art, qui mérite attention et même admiration et dont les applications deviennent chaque jour plus nombreuses et plus importantes.
Ces quelques paragraphes tentent de survoler son histoire à travers les âges, de ses origines à aujourd'hui.
Il n'est pas possible de fixer avec précision ses origines, mais l'on peut facilement admettre qu'elles remontent au moins à trois mille ans. En effet, la présence dans les sépultures antiques de Thèbes et de Memphis de divers objets recouverts d'une mince couche de cuivre, tels que des vases et des statuettes en argile cuite, des lames de sabre et des pointes de flèches en bois, permet de supposer que, dans l'antiquité, les Egyptiens utilisaient des procédés analogues à la galvanoplastie du cuivre telle qu'elle est encore pratiquée de nos jours. Comment serait-il donc possible d'expliquer autrement l'exécution de ces statues en cuivre rouge, de très faible épaisseur, que l'on peut voir exposées au musée du Caire, dont l'une d'entre elles, représentant un homme grandeur nature, pèse à peine 6 kilos?
Il faut bien admettre que de tels ouvrages n'ont pu être réalisés que par le dépôt du cuivre provenant d'une solution concentrée d'un sel de ce métal, acétate, sulfate, tartrate, sur une statue en bois sculpté, dont la surface avait été préalablement métallisée par application d'or réduit en poudre à fine granulation ou bien par application d'or (ou d'argent) battu en feuilles minces. Il n'y avait pas besoin d'une source extérieure de courant pour exécuter le dépôt de cuivre: il suffisait tout simplement d'immerger dans la solution de cuivre, où était déjà la statue, des plaques de zinc et de les relier à la statue préalablement métallisée à l'or, ce qui déterminait un échange d'ions constant. Lorsque le dépôt de cuivre était suffisamment épais, on retirait la statue cuivrée du bain, on la séchait à feu doux, puis on procédait à un chauffage progressif permettant finalement la réduction en cendres du support en bois. On sait maintenant qu'un tel processus thermique non seulement consolidait le dépôt de cuivre en homogénéisant sa structure, mais aussi l'affinait par diffusion.
Ce ne sont là que des suppositions, car lorsqu'on examine avec attention la précision de construction des pyramides il est permis de se demander si à l'époque de leur réalisation les Égyptiens ne possédaient pas une technique extrêmement avancée et pourquoi pas des sources de production d'électricité !
Pline l'Ancien mentionne la dorure et l'argenture par amalgamation avec le mercure parmi les procédés utilisés de son temps pour décorer les armes et les objets en bronze. Plus près de nous, dans un traité écrit sur les divers Arts au XIème siècle, le moine Théophile, bénédictin de l'abbaye d'Helmershausen, décrit minutieusement la pratique de la dorure au mercure: la préparation de l'amalgame par dissolution à chaud de l'or dans le mercure, sa filtration à travers une peau de cerf pour éliminer le mercure en excès, son application à la brosse sur les objets à dorer et enfin l'évaporation du mercure par la chaleur.
Le moine Théophile traite également du battage de l'or et de l'étain entre des feuilles de parchemin, de la préparation des métaux précieux en poudre, de l'argent niellé, de l'outillage de l'orfèvre et du graveur ainsi que de la trempe de l'acier.
Si l'argenture au mercure a été totalement abandonnée, la dorure au mercure par contre existe encore. On note même en France dans un rapport de l'Administration des Monnaies et Médailles au Ministre des Finances que l'on employait encore en 1921 12 kilogrammes d'or à 98,5% pour la dorure au mercure; ce poids tombait à 7 kilos en 1930 et seulement 3,600 kilos en 1935. De nos jours encore il existe toujours quelques " doreurs au mercure "; ils sont en général spécialisés dans la réparation des objets d'époque. En utilisant le courant électrique de la pile inventée quelques années auparavant par le physicien Volta, un autre physicien italien, Brugnatelli, réussit en 1805 à déposer de l'or sur des objets en argent plongés dans une solution de chlorure d'or. Ce phénomène, auquel les savants de l'époque ne paraissent pas avoir attaché toute l'importance, qu'il méritait, fut quelques années plus tard l'objet de recherches de la part de Spencer en Angleterre, de LA RIVE en Suisse (1825) et Antoine Becquerel en France (1829), mais rien de définitif ne résulta de leurs travaux. De son côté, le physicien russe Jacobi, reprenant les recherches de DELARUE sur le fonctionnement de la pile Daniell, inventait en 1837 les procédés encore utilisés actuellement pour la galvanoplastie du cuivre.
En expérimentant les effets du courant électrique sur des solutions de sels d'or ou d'argent, les frères Elkington en Angleterre et le Comte Henri de Ruolz-Montchal en France reconnaissaient qu'en substituant aux solutions neutres ou acides des sels d'or et des sels d'argent des dissolutions de ces mêmes sels en présence d'un excès de cyanure de potassium ou de ferrocyanure de potassium, il était possible d'obtenir un dépôt adhérent d'or ou d'argent sur l'électrode reliée au pôle négatif de la source de courant.
Dès ce moment on pouvait considérer que l'invention de la dorure et de l'argenture par électrolyse était réalisée. C'était véritablement la naissance de la galvanoplastie. A noter qu'en 1840 les frères Elkington prirent un brevet le 27 septembre en Angleterre tandis que de Ruolz, qui ne les connaissait pas, en prenait un en France le 19 décembre. A partir de 1850 on vit se développer la galvanoplastie des métaux précieux, mais aussi et surtout des métaux communs. Dans ce domaine les premiers travaux industriels concernaient réellement la galvanoplastie au sens propre du terme et non l'électrolyse en général; en effet la galvanoplastie est l'art de "reproduire" par voie galvanique un objet quelconque, ce que l'on appelle présentement d'une manière plus scientifique ou plus technique " électroformage ". On reproduisait surtout des empreintes de médailles et des chaussures. Les vitesses de déposition étaient excessivement lentes: d'une part on ne disposait que de piles de faible capacité et d'autre part il fallait renouveler fréquemment les solutions de sels métalliques.
Malgré cela, il était possible d'obtenir d'excellents résultats car la lenteur de déposition favorisait la finesse granulaire du métal déposé ainsi que sa cohésion. Peu à peu on s'acheminait vers l'électrolyse industrielle, c'est-à-dire les dépôts métalliques à des fins décoratives. A l'époque il n'était pas encore question de corrosion ou du moins on s'en souciait fort peu. L'apparition de la dynamo, la fameuse "machine de GRAMME", révolutionna la galvanotechnique. On pouvait dès lors disposer à volonté du courant continu sans limitation de puissance et tout devenait possible. On vit alors se développer les premiers bains de cuivrage à épaisseur et les premiers bains de nickelage. Certes les dépôts étaient mats et quelquefois durs à aviver, mais cela permettait la création d'une nouvelle corporation, celle des polisseurs et aviveurs sur métaux.
Depuis plusieurs décennies, en moyenne depuis 1955, c'est-à-dire depuis bien peu de temps, cette corporation tend à disparaître par suite de l'apparition des bains brillants, mais jusqu'à cette époque, soit durant près d'un siècle, le polissage et l'avivage régnaient en maîtres dans la galvanotechnique. Aucun dépôt n'était possible sans recours à un travail préalable de polissage et à un finition polie et avivée. On se doit de reconnaître que cette méthode, malgré son prix de revient très élevé, présentait des avantages non négligeables sur le plan de la finition comme sur celui de la protection anticorrosion, qui est maintenant l'une des pièces maîtresses dans le domaine des dépôts électrolytiques.
Le degré de fini obtenu par avivage est de très loin supérieur à une finition brillante réalisée par voie galvanique, même dans le cas de bains nivelant tels que ceux que l'on utilise de nos jours. La finition avivée exerce sur le métal une action de fluage, qui confère à la fois nivellement et éclat. En outre l'obturation des pores du dépôt provenant du fluage renforce l'action de protection anticorrosion.
On pourrait presque dire que de 1850 à 1950 ce fut la "belle époque" de la galvano. Les polisseurs et les "nickeleurs" – c'est ainsi qu'on les appelait – avaient "du cœur à l'ouvrage". Ils faisaient leur métier avec art, voire avec passion.
Les grands Maîtres de la galvano étaient alors Roseleur pour la France et Langbein-Pfanhauser pour l'Allemagne. Leurs "traités de galvanoplastie" firent l'objet de plusieurs éditions et de nos jours ces manuels sont à peu près introuvables, même à des prix prohibitifs. Ils relataient directement, simplement et surtout sincèrement les phénomènes rencontrés au cours d'une électrolyse industrielle. Ils indiquaient avec force détails la manière de préparer un bain et de le dépanner en cas de défaillance. Ils donnaient tous les " tuyaux " pratiques pour réussir tel ou tel dépôt en insistant sur les phases opératoires déterminantes.
C'était la merveilleuse époque où l'on disait la vérité toute simple, sur la technique comme sur les autres sujets, sans avoir à craindre les foudres des détenteurs de brevets plus ou moins fallacieux ni les élucubrations de pseudoscientifiques reprenant à leur compte les découvertes faites bien avant leur naissance. Durant de nombreuses décennies on ne connaissait que le cuivre et le nickel et il fallut la première guerre mondiale pour que le chrome fasse une timide apparition. Malgré diverses controverses à ce propos c'est sous la forme du chromage dur que les dépôts de chrome on pris naissance. Ils étaient particulièrement recherchés pour l'obtention de caractéristiques mécaniques, la dureté avant toute autre chose. Lorsqu'ils furent appliqués à la décoration il fallut de nombreuses années avant que l'on puisse définir avec précision les conditions opératoires idéales. Comme à l'époque on ne disposait pratiquement pas de moyens de contrôle efficace des solutions électrolytiques, on en était réduit à l'empirisme absolu et malgré tout on arrivait à de bons résultats. Entre la première et la seconde guerre mondiale les dépôts galvaniques firent de grands progrès, tant dans le domaine de la qualité que sur le plan de la rapidité d'exécution. On vit apparaître les premières installations automatisées ainsi que les tonneaux d'électrolyse pour le traitement des pièces en vrac. Les premiers redresseurs de courant du type oxy-métal firent leur apparition aux environs de 1930, remplaçant peu à peu les vieilles dynamos, dont le rendement était très faible. La déposition des alliages et du laiton en particulier prit une grande extension dans la protection anticorrosion de l'acier. Par ailleurs les dépôts de cadmium connaissaient une grande vogue et tout spécialement pour le traitement au tonneau des articles en vrac, car dès 1935 on savait produire des dépôts brillants grâce à des additions de réglisse. A la même époque on mettait en œuvre les premiers bains de nickel travaillant à chaud, ce qui permettait d'atteindre une vitesse de déposition de 4 à 5 fois supérieure à celle des solutions classiques travaillant à température ambiante. Tout juste avant la seconde guerre mondiale, dans les années 1937/38, l'ingénieur allemand Max Schlötter mettait au point le nickel brillant en utilisant pour la première fois un dérivé sulfoné du naphtalène ainsi que de la saccharine. Malheureusement les cinq années de conflit stoppèrent tout net ces progrès, du moins au niveau de l'utilisation courante. Tout était consacré à la "machine de guerre".
La paix revenue, il fallut un certain nombre d'années avant que l'industrie en général reprenne son cours normal et ce n'est que vers les années 50 que la galvano " refit surface ". Mais cette fois les progrès furent fulgurants. En quelques années on vit sortit tour à tour les bains brillants, puis les bains nivelants, le polissage électrolytique, le brillantage chimique, les passivations, l'anodisation dure de l'aluminium et de ses alliages, les bains d'argent donnant des dépôts brillants et durs, les bains de placage or en milieu acide et en milieu sulfitique, les bains d'alliage de bronze permettant l'obtention de dépôts très résistants vis-à-vis de la corrosion, les bains de chromage à catalyseur fluosilicique, les bains de chromage noir très usités pour le captage de l'énergie solaire, les bains de nickelage au sulfamate permettant de réaliser des vitesses de déposition jusqu'à 7 mu/minute en électroformage, les bains d'usinage chimique ainsi que les solutions permettant le dépôt catalytique de certains métaux, par exemple le nickelage chimique et le dorage chimique. Et c'est surtout dans le domaine touchant directement la mécanique de précision et l'usinage sophistiqué que l'on a vu apparaître les réalisations les plus spectaculaires de la galvano, réalisations permettant de conférer aux métaux classiques une dureté extraordinaire en même temps qu'un très faible coefficient de frottement. Ces deux qualités sont extrêmement recherchées dans de très nombreuses industries, par exemple pour les pièces en frottement dans les moteurs à explosion, pour les divers moules utilisés en injection, dans la fabrication des pneus ou dans le moulage du verre, pour les vérins de toutes sortes, qu'ils soient employés sur des engins de levage ou bien pour le soutènement marchant dans les mines de charbon et de potasse, etc...
Les dépôts de nickel contenant des carbures de silicium sous forme d'occlusion contribuent largement à l'obtention des propriétés précitées, mais une technique apparentée au chromage dur offre des possibilités très supérieures en ce domaine et permet l'obtention de dépôts présentant une dureté exceptionnelle. Il s'agit en l'occurrence du dépôt d'un alliage au chrome/tungstène appelé "Hardalloy W" au développement duquel la maison Estoppey-Addor a activement collaboré. Sa dureté dépasse largement celle du chrome dur classique – elle est en général supérieure de 6 à 8 Rockwell C – tandis que son coefficient de frottement est encore diminué. Ce nouvel alliage est appelé à une grande extension dans les années à venir, car il résiste à des contraintes et à des sollicitations, qu'un dépôt classique de chrome dur ne peut supporter.
On peut d'ores et déjà considérer que la technique de déposition de l'alliage Hardalloy W constitue l'une des inventions les plus marquantes dans la galvano de ces dernières années, touchant le domaine de la tribologie. Nous sommes bien loin des timides essais de Jacobi et même des réussites de Roseleur et de Pfanhauser et c'est pour cette raison que nous avons voulu retracer pour les électroplastes) d'aujourd'hui le cheminement de la galvano à travers les âges, car il est bon de temps à autre de "remonter aux sources", ne serait-ce que pour apprécier à sa juste valeur l'effort considérable accompli par nos précurseurs.
Source : Estoppey-Addor SA, CH-2502 Bienne
Ce texte ne peut être reproduit sans l'accord écrit de Estoppey-Addor SA