La récente proposition de loi de l'État de New York aux États-Unis visant à interdire la vente de noir de carbone d'ici deux ans, aborde notamment la nature du noir de carbone, les raisons pour lesquelles son utilisation devrait être restreinte, son utilisation dans l'imprimerie et d'autres industries, son mode de production, son impact potentiel sur l'environnement et la faisabilité d'alternatives.
Au fil du temps, différentes méthodes de production de noir de carbone ont été mises au point en fonction du niveau technologique et des ressources géographiques disponibles. Le procédé de noir de carbone au four est actuellement le plus efficace et le plus répandu, mais nous aborderons également d'autres procédés.
procédé noir au four
Ce procédé utilise des hydrocarbures issus du pétrole et du gaz naturel comme matières premières pour produire la majeure partie du noir de carbone mondial. Ces matières premières sont injectées dans le réacteur pour y subir une décomposition thermique. Cependant, leur combustion est partielle et se déroule dans un environnement à température et teneur en oxygène contrôlées. Cette réaction contrôlée génère et recueille des particules de noir de carbone. Dans les systèmes de réacteurs actuels, un traitement de surface peut être appliqué lors de la production de pigments afin d'améliorer les performances pour des applications spécifiques (dispersion de pigments et fabrication d'encres, par exemple).
Le noir de carbone se présente sous forme de poudre agglomérée, dont la taille des particules primaires varie de 10 à 80 nm. Pour faciliter sa mise en œuvre, la poudre peut être compressée en particules. Outre la modification du traitement de surface, les conditions de traitement peuvent également être modifiées afin de contrôler des caractéristiques telles que la structure et la surface spécifique.

pyrolyse catalytique
Le procédé de craquage thermique du noir de carbone nécessite l'injection de gaz naturel dans un four de préchauffage sous atmosphère inerte. Le gaz se décompose alors en noir de carbone et en hydrogène. En conditions anaérobies, le noir de carbone ainsi formé se forme lentement et les particules obtenues sont généralement très pures. Comparées au noir de four traditionnel, leur taille est plus importante et leur structure moins homogène. Ce procédé utilise deux fours. Pendant le préchauffage d'un four, l'autre décompose le gaz naturel en noir de carbone. L'hydrogène produit lors de cette décomposition sert à préchauffer le second four pour la production du lot suivant, selon ce procédé discontinu.

Procédé au noir de gaz (procédé Degussa)
Le procédé de noir de carbone gazeux a été mis au point en Europe à partir de fractions de goudron de houille. L'huile est chauffée jusqu'à évaporation complète. L'huile évaporée pure est ensuite acheminée vers la chambre de combustion par un gaz vecteur riche en hydrogène. Grâce à la présence d'oxygène, la surface du noir de carbone obtenu présente une fonctionnalité élevée, composée de groupements fonctionnels oxygénés. Ce procédé permet de produire un noir de carbone de haute pureté et à granulométrie fine. À l'instar du noir de fourneau, les caractéristiques du noir de carbone gazeux en font un matériau idéal pour les encres et les revêtements.

D'autres procédés historiques de production de noir de carbone incluent le noir de fumée, le noir de rainure et le noir d'acétylène. Si vous souhaitez en produire vous-même, c'est très simple : placez un récipient d'eau froide au-dessus de la bougie, à l'intérieur de la flamme orange. Vous récupérerez ainsi une partie de la cire brûlée sous forme de noir de carbone au fond du récipient. En fait, si vous allumez des bougies, faites un barbecue, brûlez de l'encens ou utilisez des bougies à la citronnelle pour repousser les moustiques, vous produisez du noir de carbone.

Problèmes réglementaires
Lorsqu'on aborde les questions réglementaires liées au noir de carbone, il est primordial de faire une distinction essentielle : parle-t-on du noir de carbone en poudre sèche utilisé comme pigment, ou du noir de carbone présent dans les films d'encre sèche ? Examinons d'abord le noir de carbone en poudre reçu par les fabricants d'encre.
Risques pour la santé
Le principal danger caché du noir de carbone réside dans le risque d'explosion de poussières en cas de mauvaise manipulation. Si la concentration de poussières générées dépasse 50 grammes par mètre cube, il existe un risque d'explosion ou de combustion en présence d'une source d'inflammation. Ce risque peut être minimisé par une gestion rigoureuse et l'élimination systématique des sources d'incendie.
Le second problème est l'inhalation. Les particules de noir de carbone sont très fines et, si elles ne sont pas couvertes, elles se dispersent facilement. Une inhalation de courte durée de poussière de noir de carbone peut provoquer une irritation et une gêne des voies respiratoires supérieures, pouvant entraîner toux et respiration sifflante. Cependant, rien ne prouve qu'un contact aigu puisse mettre la vie en danger.
L'inhalation prolongée de noir de carbone chez les animaux peut entraîner une surcharge pulmonaire et une inflammation. Bien que l'inflammation puisse avoir des effets génotoxiques, le noir de carbone lui-même n'est pas considéré comme mutagène. De plus, ces résultats sont similaires à ceux d'autres études sur les particules inorganiques insolubles inhalées. En raison de l'exposition prolongée au noir de carbone et à d'autres particules insolubles, qui peut entraîner une diminution de la capacité pulmonaire, le port d'équipements de protection individuelle (EPI) et le respect des bonnes pratiques d'hygiène et de sécurité au travail sont fortement recommandés lors de l'utilisation de poudre de noir de carbone.
Le noir de carbone n'irrite ni les yeux ni la peau. Cependant, il peut provoquer une irritation mécanique et, comme d'autres poudres, il peut dessécher la peau.
Le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) classe la poudre de noir de carbone comme cancérogène du groupe 2B. L'Association internationale du noir de carbone estime que ce classement repose sur la sensibilité particulière des rats de laboratoire à l'inhalation de fortes doses de particules peu solubles. Les preuves sont insuffisantes pour établir un lien entre le noir de carbone et le cancer du poumon chez l'humain. L'American Conference of Government Industrial Hygienists (ACGIH), organisation à but non lucratif, a conclu que le noir de carbone est un cancérogène avéré chez l'animal, mais son lien avec l'humain reste incertain.
Une fois le noir de carbone incorporé dans l'encre ou la peinture, tous les risques liés à son utilisation sous forme de particules insolubles sont éliminés. Il s'agit d'une différence importante, que le projet de loi du Sénat semble ignorer, qualifiant à tort le noir de carbone de substance toxique. George Fuchs, directeur des affaires réglementaires et de la technologie chez NAPIM, a déclaré : « Nous sommes très préoccupés par cette situation et nous nous sommes associés à de nombreuses organisations industrielles et commerciales pour nous opposer à cette législation irréfléchie et contre-productive. »
effet environnemental
On estime que la production de plus de 15 millions de tonnes de noir de carbone entraînera l'émission de 29 à 79 millions de tonnes de dioxyde de carbone. L'utilisation d'hydrogène à la place du gaz naturel permettrait de réduire l'empreinte carbone de 19 %. Parmi les autres impacts environnementaux potentiels figure le rejet de monoxyde de carbone.

Comme nous l'avons évoqué, les pigments de noir de carbone sont principalement fabriqués à partir de fractions de pétrole. Le noir de carbone est produit à partir de déchets tels que les pneus, et certaines entreprises utilisent actuellement des ressources renouvelables pour sa production. Living Ink produit du noir de carbone à partir de déchets de biomasse grâce à un procédé à bilan carbone négatif. L'entreprise a amélioré le processus de production des encres de sérigraphie, d'impression offset et flexographique. Dans un avenir proche, nous devrions voir apparaître des produits de qualité jet d'encre. À l'instar du noir de carbone traditionnel, les pigments de noir de carbone issus de la biomasse sont produits par combustion en milieu anaérobie. Malheureusement, ces formes renouvelables de noir de carbone seront également interdites par un projet de loi étatique.

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