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LA HOUILLE BLANCHE / N° 2/3 - 1973 Études de matériaux susceptibles de résister

LA HOUILLE BLANCHE / N° 2/3 - 1973 Études de matériaux susceptibles de résister àla corrosion par l'eau de mer par J. Legrand Département Étude des Matériaux, Direction des Études et Recherches, Électricité de France. Introduction Les océans constituent une réserve biologique et un espace qui 'devront être exploités, dans les années à venir, pour résoudre les problèmes liés au développement démographi- que de la planète. L'exploitation 'de ces richesses ne fait que débuter mais, déjà, apparaissent de nombreuses réalisations utilisant les mers, soit comme source d'eau que 'l'on peut désaliniser, soit comme une source de frigories pour la réfrigération des usines de production d'électricité d'origine thermique, par exemple. En effet, les installations 'de centra- les en bord de mer, et même de centrales flottantes aux U.S.A., se multiplient, ce qui constitue un aspect, parmi tant 1. - Connaissance du milieu biologique marin ~t protections des installations contre les salissures Le milieu marin, milieu complexe mais équilibré, est constitué d'eau Ide mer, de gaz 'dissous, d'une flore, d'une faune et de particules solides en suspension. La composition chimique de l'eau de mer du large (tableau 1) est d'une remarquable stabilité. Près des côtes, la salinité varie en raison d'apport d'eau douce, mais les proportions relatives des divers éléments restent les mêmes. La présence d'oxygène et de gaz carbonique résulte d'échanges avec l'atmosphère et, localement, de réactions photosynthétiques, de l'action chlorophyllienne des plantes, de l'activité microbienne et animale, Leur concentration 263 d'autres, du développement 'des techniques utilisant l'eau de mer. Certaines 'difficu1tés technologiques apparaissent au cours de toutes ces réalisations, elles concernent, notamment, la tenue des matériaux en fonction de leurs conditions de service en milieu marin. L'usine de la Rance a été l'occasion de réaliser Ides progrès importants dans ce domaine ainsi que l'ont montré les exposés précédents. L'étude des pro- priétés des matériaux et de leurs conditions d'utilisation a été poursuivie depuis dix ans. Et nous désirons montrer, dans cet exposé, quelques exemples 'de progrès réalisés ou recherchés 'dans 'la connaissance des milieux marins et des techniques emp'loyées pour accroître la durabilité des installations. varie avec la température de l'eau. Près des côtes, dans les estuaires, dans les ports et les bassins, la vie 'des espèces marines est particulièrement intense, étant donné la grande fertilité des eaux. Les éléments nutritifs, nécessaires à leur vie, sont amenés en quantité par le mouvemel1t des eaux assujetti aux conditions climatiques du continent. La proli- fération de la flore et de la faune est donc saisonnière. Dans cet ensemble, microbes et bactéries ont un rôle de fossoyeurs et leur action libère des quantités non négligea- bles d'hydrogène sulfuré et d'ammoniaque. L'Homme, par la pollution, prend une part active dans les modifications physico-chimiques du milieu marin. Ses rejets peuvent accroître la fertilité des eaux, ou les rendre toxiques, ou même très agressives pour certaines installa- tions. On peut citer, à titre d'exemple, les cas 'de corrosion du condenseur de la centrale électrique de Dunkerque. Entre les essais préliminaires dans un condenseur expéri- Article published by SHF and available at http://www.shf-lhb.org or http://dx.doi.org/10.1051/lhb/1973019 Tableau 1 Composition chimique de l'eau de mer en pour 1000 ou grammes par litre. Na+ 10,77 Mg-l--l 1,30 Cations Ca-l--I- 0,409 K-I- 0,338 Sr-!- -1- O,QIO CI- 19,37 S04-- 2,712 Anions HCOa- 0.142 Br- 0,065 F- 0,001 Acide borique 0,026 Oligoéléments; traces (Cu, Zn, Mn, NOa-, PO.1----) Tableau 2 Classification des métaux et alliages selon leur potentiel de dissolution dans l'eau de mer en mouvement et saturée en oxygène mental, ayant permis de sélectionner les tubes en laiton à l'aluminium, et leur utilisation dans le condenseur de la centrale, l'intensification du trafic des pétroliers, qui manœu- vrent devant la prise d'eau, a augmenté la quantité de sable en suspension, provoquant ainsi la corrosion-érosion des tubes. De plus, l'élévation locale de la température a favorisé le développement d'espèces marines tels les moules et les tarets. Des études sont actuellement en cours, notamment au Centre de Recherches et d'Etudes Océanographiques (C.R.E.O.), et ont pour but, soit la connaissance des diffé- rentes espèces d'algues, de leur répartition géographique et des conditions dans lesquelles elles apparaissent, ainsi que la mise au point d'indicateurs de pollution, et la détermination de l'action polluante due aux produits antisalissures. Selon leur nature et leur densité, les salissures engendrent des modifications Iocales de composition chimique du milieu. Leur fixation peut s'opposer ou contrarier l'écoule- ment de veines liquides. Leur entraînement, par une veine liquide circülant à grande vitesse, peut causer des phéno- mènes de corrosion-érosion. Les moyens actuels de protection contre les salissures répondent tous à des applications précises. Ils se divisent en : Moyens physiques: Une filtration en amont de circuit d'alimentation est opérée à l'aide de systèmes grilles fixes-dégri'lleurs, de grilles rotatives et de filtres spéciaux. Un nettoyage mécanique est réalisé périodiquement dans les canaux d'amenée (raclage), ou de façon continue dans les tubes de condenseurs (circu- lation des sphères en caoutchouc mousse). N.B. - On notera que les divers systèmes de filtration sont sans effet contre les microorganismes, qui peuvent se fixer et se développer sur les parois des boîtes à eau de condenseur, et leur décrochement massif ultérieur éventuel qui peut obturer de nombreux tubes. MÉTAUX ET ALLIAGES Magnésium Zinc Aluminium Cadmium Acier Acier inoxydable 18/8 actif Plomb Fonte Ni resist Etain Laiton marine Cuivre Gunmetal (Cu-Sn-Zn) Laiton amirauté Cupro-aluminium Cupro-nickel 90/10 - 80/20 - 70/30 Nickel Nickel cuivre 400 Titane Acier inoxydable 18/8 passif Graphite Platine POTENTIEL DE DISSOLUTION (en J11V/ c.c.s.) - 1 500 -1030 - 790 - 700 - 610 - 530 - 500 - 470 1 - 420 - 400 - 360 - 310 - 290 - 290 - 280 - 270 - 250 - 220 - 110 - 100 + 80 + 250 + 260 264 Moyen thermique: Un échauffement de l'eau de mer (recirculation de l'eau de refroidissement ou apports de vapeur) modifie l'écologie marine et les moules notamment ne résistent pas à un maintien d'une heure à 40 oc. Moyens chimiques: Certaines installations (installations portuaires fixes, carè- nes de navires...) se prêtent à la protection anti-salissures par l'application de peintures ou enduits toxiques. Pour d'autres (condenseurs de centrales électriques...) on procède à des injections de chlore. Les peintures et enduits toxiques sont des produits à base de cuivre surtout, de mercure, d'arsenic et autres... Leur effet est lié à leur dissolution qui crée, le long des surfaces à protéger, des zones toxiques empêchant l'accrochage des salissures. Ces produits, non hydrofuges, doivent être appli- qués sur des peintures isolantes garantissant les substrats contre un éventuel effet galvanique dû à la présence du cuivre, en général. Du fait de leur mode d'action, l'efficacité de ces produits est limitée dans le temps. Elle dépend de la nature des salissures et du degré d'éclairement de l'eau. La chloration de l'eau de mer vise à empêcher la prolifé- ration des organismes vivants. C'est l'un des procé;:lés les plus employés tant en France qu'à l'étranger. Sa mise au point est délicate. Le taux de chlorè injecté en début de circuit conduit à une teneur résiduelle, en cet élément, infé- rieure à 0,2 ppm à l'entrée du condenseur. L'accoutumance des organismes marins, moules notamment, à une injection discontinue mais périodique, a conduit la Production Thermique d'ED.F. à décider de la chloration en continu du 1.... mars au 1.... novembre pour la centrale de Dunkerque. Le chlore employé est liquéfié et sous pression (5 bars à 10 "C). Pour des raisons de sécurité, il peut être remplacé par de l'eau de javel, mais cette substitution triple le prix de revient de l'opération. Un autre procédé consiste à pro- cluire le chlore selon les besoins en électrolysant une partie cie l'eau de mer. Moyens piézo-électriques ct électro-chimiques: Dans des petites installations inclustrielles et en labora- toire, des résultats intéressants ont été notés avec la protec- tion par Ultra-sons. La protection cathodique peut avoir un rôle bénéfique (exemple les groupes de la Rance). La forte alcalinisation, qui se produit au niveau des surfaces proté- gées, peut être la cause d'une non incrustation ou d'une clésincrustation selon le cas. Mais, lorsque des densités de courant élevées sont nécessaires, elle peut rendre le procédé clangereux pour les revêtements cie peinture. Une étude approfondie de l'effet des courants électriques sur les orga- nismes marins est en cours au laboratoire d'électro-physio- logie de la Station d'Hydrologie cie Biarritz, avec la colla- boration cI'E.D.F. L'action paralysante du courant électrique et des ultra-sons sur les larves 'doit permettre d'empêcher leur fixation dans les condenseurs de centrales électriques. 2. - Propriétés électro-chimiques de l'eau de mer L'eau de mer est un électrolyte de faible résistivité (20 à 30.121cm). La corrosion des matériaux pourra prendre différents aspects qui clépendront cie leur potentiel cie disso- lution, cie leur tenclance à la passivité, de leurs conditions cI'utilisation (couplage galvanique avec d'autres métaux, présence de crevasses, cI'interstices, phénomènes cl'érosion...). L'oxyclation cles métaux est équilibrée cathodiquement par la réduction cie l'oxygèneclissous ou, pour les métaux très électro-négatifs, par la réduction cles protons. Un premier classement de la résistance des matériaux à uploads/s3/ lhb-1973019.pdf