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GENERALITES SUR LA CORROSION ET LA PROTECTION CATHODIQUE Dr : Abdenacer MERATI

GENERALITES SUR LA CORROSION ET LA PROTECTION CATHODIQUE Dr : Abdenacer MERATI INTRODUCTION- EXEMPLES DE LA CORROSION COMPLEXE mais PASSIONANTE Corrosion : Phénomène superficiel Corrosion : Science multidisciplinaire : Chimie – Electrochimie – Métallurgie Thermodynamique – Mécanique Corrosion : f(milieu, matériaux, milieu-matériau) Corrosion dégâts pertes dégradations destruction risques catastrophes Ennemi Industriel (économique) EXEMPLES PRATIQUES DE CORROSION EXEMPLES PRATIQUES DE CORROSION EXEMPLES PRATIQUES DE CORROSION Intérieur d’un bac de stockage EXEMPLES PRATIQUES DE CORROSION Intérieur et Extérieur d’un bac de stockage EXEMPLES PRATIQUES DE CORROSION Corrosion de structures entières EXEMPLES PRATIQUES DE CORROSION Corrosion de structures EXEMPLES PRATIQUES DE CORROSION Corrosion de structures EXEMPLES PRATIQUES DE CORROSION Corrosion de structures enterrées EXEMPLES PRATIQUES DE CORROSION DEFINITION DE LA CORROSION Dégradation au contact des milieux agressifs Dégradation par des moyens non mécaniques Retour à l’état de minerais CORROSION Discipline générale qui touche : métaux, plastiques, bois, granite, ciment, caoutchouc… Selon NACE* : La corrosion est définie comme la détérioration d'un matériau, généralement un métal, qui résulte d'une réaction avec son environnement *National American Corrosion Engineers PROCESSUS DE CORROSION - Électrochimique Échange d’électrons - Chimique Métaux dans métaux liquides Al dans CCl4 - Bactérienne -Humide -Sèche PROCESSUS DE CORROSION ASPECTS ÉCONOMIQUES PERTES HUMAINES PERTES INDIRECTES PERTES DIRECTES Coût de la pièce, réparation ou remplacement Réparation et contrôle Matériaux nobles Pertes directes L’évacuateur de crue de secours est endommagé, l'eau est donc déversée par la crête et érode la structure Pertes directes Pertes directes Pertes indirectes Arrêt de production Pertes d’Énergie Coût de l’augmentation du coefficient de sécurité Contamination du produit Effondrement au Port de Bejaia Pertes indirectes Pertes indirectes Pertes humaines Câbles de pont Fuite de Gaz Domaines: aéronautique- marine – industrie chimique…. Pertes humaines Epuisement des ressources naturelles en minerais : perte de matière gaspillages en travail et moyens financiers : charges financières Corrosion-choix Caractéristiques intrinsèques Propriétés : mécaniques physiques R chimique aspect Fabrication : aptitude déformation, usinage, soudure Compatibilité avec la disponibilité commerciale Durée de vie – fiabilité – forme et délais de livraison- nécessité d’essais au labo – prix – entretien et contrôle compromis ASPECTS ÉCONOMIQUES CONNAISSANCES NÉCESSAIRES EXEMPLE EXEMPLE Concentration du réactif, teneur en oxygène, impuretés, acidité pH, T° et Pression Composition de l’alliage, procédé d’élaboration, Traitement thermique et mécanique État de surface, forme des pièces, sollicitations mécaniques, emploi d’inhibiteurs, procédés d’assemblage Vieillissement, tensions mécaniques, température, modifications des revêtements Mode d’attaque Facteurs métallurgiques Facteurs définissant les conditions d’emploi Facteurs dépendant du temps FACTEURS FACTEURS DE CORROSION Acier Aluminium & plomb Une surface métallique humide et bien aérée peut subir une corrosion générale plus rapide qu'une surface totalement immergée. Oxygène NOTIONS DE CHIMIE ET D’ÉLECTROCHIMIE Métal = source de tension interne (énergie interne), ddp provient de: • La structure de grain, • La composition (l'élaboration de l’alliage), • La température ou la déformation Les métaux dans la nature = minerais. Extraction raffinage métal. Procédés mis en œuvre : mécaniques, chimiques et électriques Le métal absorbe l'énergie pendant la transformation. La quantité d'énergie requise par un métal = la tension ou l'état actif du métal TRANSFORMATION CORROSION C’est l’énergie libre de Gibbs (DG°) CORROSION LA CONDUCTION •La conduction électrolytique (milieu) /sous E électrique est due au déplacement des ions. •Les cations (ions +) se déplacent dans le sens du champ et se dirigent vers la cathode (-). Les anions (ions -) se dirigent vers l'anode(+). Plus la concentration ionique est grande, meilleure sera la conductibilité électrique de l'électrolyte. Les électrodes apportent le courant- siège de réactions d'oxydoréduction (électrolyse). le métal conduit par ses électrons (conducteur électronique). U appliquée aux bornes du métal est α au I qui le traverse. Conducteur ohmique U = RI. l'électrolyte conduit par ses particules ionisées (conducteur ionique). Umin est nécessaire pour assurer la circulation d'un I dans l'électrolyte. Ǝ une f.c.é.m, fct(électrolyte, conditions d'expérience) qui retarde l'apparition du courant I. Résistance et résistivité La résistance (Ω ) = l'opposition que les charges rencontrent lors de leur déplacement à travers un matériau. Importante pour : Lits d’anodes (déversoirs) la résistance d'une structure par rapport à l'électrolyte et la résistance linéaire le long d'une structure longue (conduite ou un câble) La résistivité ρ (Ω –cm) = la résistance d'un conducteur de longueur et de section transversale unitaires. Elle est donné par la formule : ρ = Résistivité en Ω –cm R = Résistance en Ω A = aire de la section transversale en cm2 L = Longueur en cm La conductivité Résistance Section transversale A (cm2) : = h x w Avec : h = hauteur (cm) w = largeur (cm) Section circulaire A (cm²) : = π.r² avec : r = rayon (cm). Milieu = Electrolyte = Sol , Eau ou Sol-Eau Le sol est un milieu hétérogène, triphasique solide/liquide/gaz. La fraction minérale de la phase solide est un « mélange » d’éléments solides insolubles = le squelette du sol = des combinaisons oxygénées du silicium, de l’aluminium, du fer, du calcium et du magnésium, ainsi que du carbonate de calcium dans les terrains calcaires. A côté de ce squelette, les constituants solubles, HO-, H+, mais aussi Na+, K+, Ca2+, Mg2+ et Cl-, SO4 2- qui passent dans l’eau du sol et peuvent influer sur les processus de corrosion. La phase solide peut aussi contenir une fraction organique provenant de l’activité biologique La deuxième phase = l’eau pouvant circuler ou non entre les particules La troisième phase = les gaz, soit à l’état gazeux soit dissous dans les solutions de sol * Granulométrie sable et argile * Chlorures entravent la formation des films passivants 150 ppm 1500 ppm 10000 ppm Négligeable Moyenne Importante Sévère Corrosivité des Chlorures 50 ppm 150 ppm 200 ppm Négligeable Faible Sévère Très sévère Corrosivité des Sulfates 100 ppm Minime * Les sulfates entravent la formation des film protecteurs moins que les chlorures et alimentant le métabolisme des bactéries sulfato-réductrices. La résistivité : plus le milieu est riche en ions, plus la conductivité est forte et donc plus la résistivité est faible eau de mer ≈ 0,3 Ω.m (électrolyte très conducteur et très agressif) eau douce, eau de ville et eaux des rivières ≈ 25 Ω.m Des terrains salés ont des résistivités de quelques Ω.m. Peu agressif Agressivité moyenne agressif 50 Ω.m 100 Ω.m Terrains agricoles, limoneux, légèrement sableux terrains argileux et lourds terrains pierreux, calcaires ou sables secs (200-500 Ω.m) Mesure des quatre terres : - 4 électrodes métalliques équidistantes en ligne dans le sol à (a) m l’une de l’autre; - alimentation des électrodes extrêmes A et B à l’aide d’un courant donné - mesure la ddp entre les piquets intermédiaires M et N  = 2Πa VN-M IB-A RÉSISTIVITÉ DU SOL Alcalinité et basicité Acidité = présence de [H+] Basicité = présence de [OH-] : ion hydroxyle Le pH est le logarithme négatif décimale de la concentration en ions hydrogène Le pH est important en corrosion et en PC Pour de nombreux métaux : pH < 4 4 < pH < 8 pH > 8 Vcor Vcor  ≠ f (pH) Vcor  Présence d’oxygène : de manière générale, la présence d’oxygène augmentent la corrosion – Mais sa présence aussi permet la formation des couches passives ce qui réduit la corrosion. Dans les crevasses, c’est le manque d’oxygène qui provoque un déséquilibre d’aération qui catalyse la corrosion dans les endroits profonds les moins aérés. NOTIONS OU BASES D’ÉLECTROCHIMIE Électrochimie = transfert de charges électriques/ réactions chimiques Deux réactions (demies réactions) électrochimiques = 1réaction chimique Oxydation Réduction En raison de la polarité de l’eau, elle est attirée vers la surface Rappels Oxydation : Perte d’électrons X Xn+ + né (Oxydation Anodique) Réduction : Gain d’électrons Y + mé Ymé (Réduction Cathodique) L’espèce qui capte les électrons : Oxydant : Oxydant est réduit (1) L’espèce qui perd les électrons : Réducteur : Réducteur est oxydé (2) Oxydant + né Réducteur Le Fer (Fe) s’oxyde = se corrode : Fe Fe2+ + 2é L’oxygène se réduit (plus stable) : O2 + 2H2O + 4é 4OH- L’oxydation (réduction) est toujours accompagnée d’une réduction (oxydation) (1) (2) réducteur(1) oxydant(1) oxydant(2) réducteur(2) oxydant(2) + réducteur(1) → oxydant(1) + réducteur(2) O2 + Fe Fe2+ + 4OH- Formation Corrosion & Protection cathodique Du 04 au 13 Mars 2018- Zéralda La cellule électrochimique (pile électrochimique) est constituée de : - zone anodique produit les électrons; - zone cathodique ces électrons sont consommés, - électrolyte transport ionique et - partie métallique (conducteur) transport électronique. Formation des zones anodique et cathodique se fait soit sur la même surface soit sur deux surfaces de métaux différents en contact. NOTIONS THÉORIQUES COMPORTEMENT D’UN MÉTAL/ÉLECTROLYTE M né Mn+ Double couche Équilibre de charges en surface temps GRANDEUR EXPÉRIMENTALE Potentiel E MESURE DES POTENTIELS Mesure à l’équilibre différents métaux différents potentiels Classement des métaux en fonction de leurs potentiels dans le même milieu SÉRIE GALVANIQUE mV M Ref Élément Valeur initiale Valeur finale Élément Valeur initiale Valeur finale Argent Cuivre Étain Plomb Nickel Cobalt +0,24 +0,02 -0,25 -0,39 -0,13 -0,17 +0,20 +0,05 -0,25 -0,26 -0,02 -0,45 Cadmium Fer Zinc Manganèse Aluminium Magnésium -0,58 -0,34 -0,83 uploads/Geographie/ part-1.pdf