Figure 1 : Entre 10 et 100 mg de mercure élémentaire sont contenus dans les lampes à polymérisation UV conventionnelles. Pour référence, 5 mg de mercure recouvrent la pointe d'un stylo à bille.

Mise à jour sur la réglementation relative au mercure pour les lampes à polymérisation UV

Cet article fait le point sur la réglementation sur le mercure pour l’industrie des lampes à polymérisation UV, avec un accent particulier sur le secteur de l’impression.

Cet article de Jennifer Heathcote, spécialiste du durcissement par UV, de GEW, se penche sur l’état actuel de la réglementation sur le mercure. Jennifer explique la position actuelle des principaux organismes législatifs sur ce sujet et explique comment cela affecte le séchage UV pour le marché de l’impression.

Les gouvernements et les organisations non gouvernementales (ONG) établissent et mettent régulièrement à jour des politiques stipulant que les matières les plus dangereuses et les plus toxiques doivent être remplacées par des alternatives lorsqu’elles sont identifiées. Les matériaux nocifs destinés à être remplacés sont communément appelés substances extrêmement préoccupantes (SVHC). Une désignation SVHC est à l’origine d’une réglementation qui définit les circonstances dans lesquelles l’utilisation du matériau est interdite et précise comment les matériaux autorisés doivent être obtenus, vendus, transportés, importés, exportés et éliminés. Lorsqu’il n’existe aucune alternative viable aux SVHC, des exemptions ou des délais d’élimination sont souvent établis.

Mercure dans les lampes à polymérisation UV

Le mercure (Hg) est un exemple de SVHC. La réglementation du mercure a un impact direct sur les fabricants et les utilisateurs de produits de polymérisation UV puisque les lampes UV contiennent une petite quantité de mercure élémentaire. La physique du mercure élémentaire entraîne des émissions à large bande d’énergie ultraviolette, visible et infrarouge lorsque le mercure est vaporisé dans un plasma à haute température dans un tube de quartz scellé contenant un gaz inerte sous moyenne pression. Sans mercure, les lampes UV ne fonctionnent pas. Pendant le transport, le stockage et l’utilisation, le mercure contenu dans les lampes UV existe à l’état liquide, gazeux et plasma. Pour les lampes provenant de fournisseurs réputés, le mercure dans les trois États est contenu en toute sécurité dans le tube de quartz scellé de la lampe.

Depuis les années 1940, la chimie durcissable par UV a été formulée pour réagir aux émissions à large spectre générées uniquement par le mercure élémentaire vaporisé. Cela s’applique aux lampes à arc au mercure standard et aux lampes à micro-ondes ainsi qu’aux lampes à additifs, dopées et aux halogénures métalliques qui contiennent de petites quantités de métal en plus du mercure. Des exemples de métaux utilisés dans les lampes additives comprennent le fer, le gallium, l’indium et l’étain. L’ajout de métal déplace la distribution spectrale dans la bande UV et facilite un durcissement optimal dans certaines formulations.

La quantité de mercure élémentaire à l’intérieur des lampes à polymérisation UV varie selon la conception et la longueur des lampes ; cependant, elle se situe généralement entre 10 et 100 mg par lampe. L’ONU Environnement fait référence à une moyenne de 25 mg par lampe pour les estimations de l’inventaire mondial. Pour le contexte, une seule amalgame dentaire au mercure, également connue sous le nom d’obturation à l’argent, contient en moyenne 800 mg de mercure. Cela signifie qu’il y a souvent plus de mercure dans la bouche d’une personne que n’en contient toutes les lampes UV d’une presse à imprimer ou d’une ligne de transformation typique.

Figure 1 : Entre 10 et 100 mg de mercure élémentaire sont contenus dans les lampes à polymérisation UV conventionnelles. Pour référence, 5 mg de mercure recouvrent la pointe d'un stylo à bille.
Figure 1 : Entre 10 et 100 mg de mercure élémentaire sont contenus dans les lampes à polymérisation UV conventionnelles. Pour référence, 5 mg de mercure recouvrent la pointe d’un stylo à bille.

Problèmes de sécurité concernant le mercure

Bien que le mercure soit une neurotoxine dangereuse, il est généralement à l’abri de l’exposition humaine directe et des dommages environnementaux lorsqu’il est naturellement lié à la Terre, éliminé de manière permanente ou correctement sécurisé dans des produits scellés et des conteneurs de stockage en surface. Le mercure devient potentiellement nocif pour les humains et les animaux lorsqu’il est libéré de ses limites et dispersé dans l’écosystème mondial ou la biosphère. Le mercure pénètre dans la biosphère sous forme d’émissions de gaz et de vapeurs dans l’air et de rejets directs et indirects dans l’eau. Une fois libre, le mercure migre facilement, change facilement de forme et expose potentiellement tous les organismes avec lesquels il entre en contact.

Règlement sur le mercure

Politiques adoptées au sein de l’Union européenne en vertu de RoHS2 et aux États-Unis en vertu de la loi Lautenberg3 ainsi que par des organismes de réglementation tels que la Commission européenne (CE), l’EPA4, le Programme des Nations Unies pour l’environnement (PNUE)5 et la Convention internationale de Minamata sur le mercure6. visent à réduire ou à éliminer l’utilisation anthropique du mercure. Anthropique fait référence au mercure qui est directement ou indirectement émis dans l’air ou rejeté dans l’eau par l’activité humaine. Même si l’élimination complète du mercure anthropique n’est pas possible aujourd’hui, les restrictions et leur application devraient se renforcer au cours de la décennie à venir.

Il est important de souligner qu’il n’existe actuellement aucune politique ou législation au Royaume-Uni, dans l’UE, aux États-Unis ou dans tout autre pays du monde interdisant spécifiquement la production, l’utilisation, l’exportation, l’importation ou l’expédition générale des lampes à polymérisation UV au mercure. En outre, aucune nouvelle restriction visant spécifiquement les lampes à polymérisation UV à vapeur de mercure n’est prévue à court terme. Toutefois, la réglementation est en cours et il est important d’examiner périodiquement les tendances réglementaires et les modifications apportées à la législation.

Union européenne – RoHS

À l’échelle mondiale, la législation sur le mercure la plus active applicable aux systèmes de séchage UV est la directive de la Commission européenne sur la restriction des substances dangereuses (RoHS). RoHS réglemente l’utilisation de substances dangereuses dans les équipements électriques et électroniques (EEE) ainsi que le flux de déchets ultérieurs d’équipements électriques et électroniques (DEEE). RoHS s’applique à tous les articles fabriqués pour être utilisés dans l’UE et aux articles fabriqués ailleurs et importés dans l’UE. Il existe actuellement dix SVHC restreintes par RoHS. L’un d’eux est le mercure.

Il existe deux versions de la directive RoHS ainsi que plusieurs modifications. RoHS a été initialement légiférée en 2003, RoHS 2 remplaçant l’original en 2011. Les catégories d’EEE couvertes par RoHS sont fournies à l’annexe I de la directive. Les lampes à arc au mercure moyenne pression sont classées dans l’annexe I comme équipement d’éclairage de catégorie 5.39 L’annexe III de RoHS 2 détaille toutes les applications et tous les produits exemptés de restriction.

L’Annexe III accorde historiquement des exemptions de cinq ans renouvelables aux lampes à polymérisation UV au mercure. L’exemption adoptée en 2016 devait expirer en 2021 mais a été renouvelée jusqu’au début de 2027. Courant 2026 ou début 2027, la Commission européenne réévaluera l’état du marché du durcissement par UV et la viabilité actuelle des technologies alternatives. Une décision sera prise quant à savoir s’il convient de renouveler l’exemption générale pour les lampes à polymérisation UV pour cinq ans supplémentaires, de restreindre l’exemption à certaines applications avec des alternatives éprouvées ou de supprimer complètement l’exemption.

Quel que soit le statut d’exemption du mercure, la RoHS contient une exclusion de champ d’application qui exclut les outils industriels stationnaires à grande échelle (LSSIT) et les installations fixes à grande échelle (LSFI). Pour l’industrie du durcissement aux UV, l’exclusion du champ d’application est largement interprétée comme incluant les presses à imprimer, les chambres et tunnels de durcissement industriels et les lignes de conversion parmi d’autres installations industrielles et commerciales. En conséquence, l’utilisation de systèmes de polymérisation UV au mercure dans la plupart des applications de production est généralement considérée comme exemptée indéfiniment des restrictions RoHS en raison de leur portée, indépendamment de toute interdiction spécifique sur les lampes de polymérisation UV au mercure ou des exemptions répertoriées à l’annexe III. Les pièces de rechange et les mises à niveau des équipements de durcissement UV existants installés avant toute interdiction imposée sont également autorisées indéfiniment.

États-Unis d’Amérique – Agence de protection de l’environnement

L’Agence américaine de protection de l’environnement (EPA) a reçu de la branche législative du gouvernement américain les pleins pouvoirs pour réglementer les substances et produits chimiques toxiques par le biais de la loi Lautenberg de 2016. Aujourd’hui, l’EPA n’interdit pas les lampes à polymérisation UV. Elle se concentre actuellement sur l’identification des endroits où les produits contenant du mercure ajouté sont utilisés au niveau national ainsi que sur l’inventaire total du mercure présent dans les produits fabriqués aux États-Unis et importés aux États-Unis. Grâce à une évaluation continue et à la collecte de données, l’EPA a l’intention de faire éventuellement des recommandations aux fabricants sur des alternatives réalisables sans mercure afin de faciliter l’abandon du mercure. 

Convention de Minamata sur le mercure

Un autre organisme décisionnel est la Convention de Minamata sur le mercure. Il s’agit d’un traité international entré en vigueur le 16 août 2017 et qui a été ratifié par 139 pays dont le Royaume-Uni, des pays appartenant à l’Union européenne et les États-Unis. L’objectif de Minamata est d’éliminer tout mercure des produits et processus manufacturés.

Au cours des prochaines décennies, la politique réglementaire sera de plus en plus guidée par ce traité. Il est important de noter que le respect des traités internationaux tels que celui de Minamata ne peut être mis en œuvre et appliqué qu’à l’intérieur des frontières territoriales par le gouvernement au pouvoir concerné. En conséquence, la législation sur le mercure peut varier selon les pays et n’est pas toujours claire. Bien que Minamata n’exige pas actuellement l’interdiction des lampes à vapeur de mercure à séchage UV, elle exige que toutes les Parties les éliminent progressivement ou prennent des mesures pour réduire le mercure lorsque cela est possible. Dans l’UE, la conformité de Minamata sera réglementée par le biais d’amendements RoHS. Aux États-Unis, la conformité sera mise en œuvre par le biais de règles publiées par l’EPA.

La 4e réunion de la Conférence des Parties (COP) de la Convention de Minamata sur le mercure s’est tenue du 21 au 25 mars 2022 en Indonésie. Aucune nouvelle réglementation ni aucun calendrier d’élimination progressive n’ont été annoncés pour les lampes à polymérisation UV à vapeur de mercure au cours de la réunion. Cependant, un amendement a été adopté pour mettre fin à l’utilisation des amalgames dentaires au mercure dans les dents de lait des enfants de moins de 15 ans et chez les femmes enceintes et allaitantes d’ici décembre 2023. La mise en œuvre et l’application de cet amendement relèvent de la responsabilité individuelle de chacune des 139 parties ratifiantes. . La 5e réunion de la COP est prévue du 30 octobre au 3 novembre 2023 en Suisse.

Élimination des lampes au mercure

Étant donné que les émissions dans l’air et les rejets dans l’eau des produits contenant du mercure se produisent principalement lors de l’élimination des déchets, les lampes à vapeur de mercure ne doivent jamais être jetées lors de la collecte des déchets en vrac. Lorsqu’il est jeté avec les ordures ménagères, le mercure pénètre dans la biosphère lorsque les lampes sont broyées puis incinérées ou enterrées. Heureusement, la pollution par le mercure provenant des lampes à polymérisation UV peut être évitée en recyclant les lampes dans des installations qui garantissent que les composants des lampes sont séparés et que le mercure usé est capturé en toute sécurité. Le mercure récupéré des lampes recyclées est stocké de manière sécurisée à long terme ou éliminé de manière permanente ou est traité selon des protocoles établis qui réintroduisent en toute sécurité le mercure élémentaire dans les circuits de fabrication autorisés.

Systèmes de durcissement par LED UV

Les systèmes de polymérisation par LED UV constituent une alternative prometteuse sans mercure aux lampes à polymérisation à arc et à micro-ondes. Des exemples de têtes de lampe à polymérisation LED UV refroidies à l’air et à l’eau GEW sont présentés dans la figure 2. Alors que les lampes conventionnelles émettent des longueurs d’onde UVC, UVB, UVA, visibles et infrarouges, les systèmes de polymérisation LED UV émettent un rendement plus intense sur une plage très étroite de longueurs d’onde UVA.

Figure 2 : Les têtes de lampe UV LED sont disponibles dans une gamme de longueurs et de facteurs de forme et sont refroidies par circulation d'eau ou par air pulsé.
Figure 2 : Les têtes de lampe UV LED sont disponibles dans une gamme de longueurs et de facteurs de forme et sont refroidies par circulation d’eau ou par air pulsé.

La technologie LED UV a été introduite dans l’industrie du durcissement au milieu des années 2000. Depuis lors, les systèmes de polymérisation par LED et la chimie applicable ont évolué. Les applications de séchage UV actuellement capables d’utiliser les systèmes LED incluent de nombreux aspects, mais pas tous, de l’impression numérique à jet d’encre, de la sérigraphie, de la sérigraphie rotative, de la flexographie, de la typographie, de l’héliogravure, de la tampographie, de la litho et de l’offset à sec, ainsi que de l’impression 3D et de la fabrication additive. D’autres applications viables pour les LED comprennent les adhésifs à feuille froide, les adhésifs de stratification, les revêtements coulés et durcis et certains vernis. Il convient de noter qu’à la mi-2023, il n’existe toujours pas de formulations LED utilisées dans le commerce pour les revêtements antiadhésifs à base de silicone, les adhésifs thermofusibles et les couches dures, couches de finition et vernis industriels.

À mesure que la confiance et l’expérience se développeront et que davantage d’applications deviendront viables pour les LED UV, davantage d’utilisateurs et de marchés se convertiront. Le passage croissant au LED se produit indépendamment de l’implication des autorités réglementaires en raison de la solide analyse de rentabilisation et de la préférence croissante des utilisateurs finaux pour cette technologie. Un moteur plus récent de l’adoption du durcissement par LED UV est la capacité de la technologie à atténuer la hausse des coûts énergétiques pour les fabricants qui mettent des encres, des revêtements, des adhésifs et des extrusions dans les processus de production.

Conclusion

Bien qu’il n’existe aucune loi au Royaume-Uni, dans l’UE, aux États-Unis ou dans tout autre pays dans le monde interdisant spécifiquement la production, l’utilisation, l’exportation, l’importation ou l’expédition générale des lampes à polymérisation UV au mercure, la menace d’une réglementation crée une prise de conscience et une pression pour accélérer le changement. . Lorsque le changement sera techniquement, économiquement et pratiquement viable pour la grande majorité des applications de séchage UV, la politique réglementaire tiendra le marché responsable et entraînera des changements législatifs. D’ici là, les utilisateurs du traitement UV sont encouragés à se renseigner sur la technologie LED, à installer des systèmes LED UV là où cela est viable, à s’engager activement dans le développement du processus et à recycler toutes les lampes à vapeur de mercure en fin de vie utile.

1Pepitone, J. (2007, June 11). Compact Fluorescent Bulbs and Mercury: Reality Check. Popular Mechanics. www.popularmechanics.com/home/reviews/a1733/4217864/

2Restriction of Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment (RoHS).  https://environment.ec.europa.eu/topics/waste-and-recycling/rohs-directive_en

3Frank R. Lautenberg Chemical Safety Act for the 21st Century Act, Public Law 114–182. (2016). Retrieved 2020 December 17, from www.congress.gov/114/plaws/publ182/PLAW-114publ182.pdf

4United States Environmental Protection Agency (U.S. EPA).  www.epa.gov/assessing-and-managing-chemicals-under-tsca/frank-r-lautenberg-chemical-safety-21st-century-act

5UN Environment Programme (UNEP). www.unep.org/explore-topics/chemicals-waste/what-we-do/mercury

6Minamata Convention on Mercury. www.mercuryconvention.org