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1 Dégradation et protection des matériaux Chapitre 1 : Corrosion des métaux en

1 Dégradation et protection des matériaux Chapitre 1 : Corrosion des métaux en milieu aqueux Définitions ; Nature électrochimique de la corrosion. Réactions anodique/cathodique. Les principales réactions cathodiques. Potentiels d’équilibre ; Relation de Nernst. Électrode d’hydrogène normale. Loi de Nernst généralisée. Cinétique de la corrosion ; Loi de Faraday. Montage de mesure des courbes de polarisation anodique et cathodique. Courbe de polarisation ; Courants seuil à la cathode et à l’anode. Surtensions cathodique et anodique. Loi de Tafel. Polarisation d’activation et Polarisation de diffusion. Passivation Mode de corrosion ; Corrosion galvanique. Facteurs métallurgique. Effets de l’écrouissage et des contraintes. Chapitre 2 Protection contre la corrosion des métaux en milieu aqueux. Protection électrochimique ; protection cathodique. Protection anodique. Protection par revêtements et traitements des surfaces. Chapitre 3 Oxydation sèche des métaux et alliages Aspect thermodynamique Processus de formation de la couche d’oxyde Cinétique de l’oxydation. Mode de protection. Chapitre 4 Dégradation des matières plastiques Vieillissement physique ; Migration des plastifiants. Action des solvants. Fissuration sous contrainte en milieu tensioactif Vieillissement et dégradation chimiques ; oxydation. Photodégradation. Dégradation thermique. Chapitre 5 Dégradation des céramiques Dégradation du béton ; Dégradation par les sulfates. Dégradation climatique. Dégradation climatique du calcaire Propagation des fissures dans les verres par oxydation 2 3 Chapitre 1 : Corrosion des métaux en milieu aqueux Introduction En ingénierie, la dégradation est définie comme une perte des propriétés pertinentes des matériaux qui se produit progressivement en raison de l'exposition aux conditions en service. Parmi les facteurs favorisant la dégradation des matériaux d'ingénierie, on peut distinguer: température élevée, irradiation, charge mécanique (en particulier friction) et environnement agressif. Certains de ces facteurs, par exemple la température agit sur tout le volume des composants et provoque des changements volumétriques dans la microstructure. La dégradation causée par l'impact environnemental est généralement limitée à la zone proche de la surface et comprend des processus tels que la corrosion, l'oxydation, l'absorption et la diffusion des atomes. L'industrie paie un prix énorme pour la dégradation des matériaux. Les problèmes de dégradation des matériaux sont particulièrement importants dans les environnements marins, la production de pétrole et de gaz et les systèmes de conversion et de production d'énergie, y compris les énergies fossile et nucléaire. En réponse à ces défis, des programmes de recherche approfondis ont été menés, qui ont abouti à un certain nombre de techniques désormais bien développées pour surveiller la dégradation des matériaux des installations industrielles. Le corps humain peut également être considéré comme l'un des environnements en service pour les composants d'ingénierie. En effet, la dégradation des biomatériaux est l'un des enjeux les plus pertinents dans le domaine de la médecine régénérative. Dans la pratique industrielle, la dégradation est toujours un phénomène négatif (sauf de biodégradation des déchets). En bioingénierie, la dégradation peut être indésirable (par exemple, corrosion d'implants métalliques, usure d'implant articulaire artificiel) ou souhaitable (dispositifs biodégradables et ingénierie tissulaire). Dans les deux cas, la connaissance de la cinétique de dégradation est cruciale pour une utilisation sûre des biocomposants. Les méthodes de prévision de la durée de vie restante couramment utilisées en pratique industrielle seront présentées dans le cadre des biomatériaux. Les techniques non destructives de suivi de la dégradation seront discutées et quelques idées sur leur application aux bio-environnements proposées. Tous les matériaux se dégradent à une vitesse plus ou moins grande les automobiles et autres biens de consommation terminent souvent leur carrière rongés par la rouille. Si on veut préserver l'intégrité des structures métallique, il faut peindre et les repeindre. Même les matières plastique se dégradent ou elles deviennent rigide (perte de souplesse) si elles ne sont pas dissoudre par un solvant, le bois pourrit, les pierres et les céramiques elles-mêmes se dégradent. 4 1-1. Introduction à la corrosion Une grande variété de métaux / alliages sont utilisés dans la vie quotidienne, les équipements, les machines d'usine, les structures industrielles, les ponts, les bâtiments, … etc, et tous ceux-ci ont une tendance naturelle à se ternir ou à se détériorer par l'environnement auquel ils sont exposés. Le meilleur exemple du processus de corrosion peut être vu dans le cas de la rouille du fer, dans laquelle le métal est détérioré en raison de l'environnement corrosif. Il est observé que quelques métaux comme Al, Cr, Ni, etc., peuvent être ternis à cause de la corrosion ou même se passiver progressivement en raison de l'oxydation de la couche superficielle de ces métaux dans l'environnement O2 / air. Par conséquent, il est évident que lorsque les métaux sont exposés à l'air, à l'eau ou au sol, ils subissent une attaque chimique / électrochimique dans ces conditions. le processus de détérioration de ces métaux est connu comme la corrosion. Les composés naturels des métaux sont dans un état thermodynamiquement stable (état d'énergie le plus bas), tandis que les métaux extraits de ces minerais ont un état d'énergie élevé en raison de l'absorption de grandes quantités d'énergie lors de leur métallurgie. Les métaux ainsi obtenus lorsqu'ils sont exposés à l'environnement naturel auront tendance à revenir à leur état d'énergie basse stable chaque fois qu'une opportunité se présentera. Aujourd'hui, l'environnement non protégé en raison de l'industrialisation rapide a entraîné une pollution accrue de l'atmosphère et de l'eau. Une telle situation créée a un effet marqué sur les métaux et les alliages et, évidemment, a posé un défi aux ingénieurs en matériaux pour planifier et concevoir des matériaux pour les protéger de la corrosion. Au vu de ce qui précède, la compréhension des concepts de processus de corrosion des métaux est donc souhaitable. 1.2. Définitions ; La corrosion peut être définie comme la destruction ou la détérioration des métaux par l'environnement environnant par des changements chimiques ou électrochimiques. Ce phénomène universellement connu fait que le fer ou l’acier rouille, le cuivre ou le bronze verdit et le zinc ou l'aluminium blanchit. Conséquences des diverses formes d'oxydation ou altération ne permettent plus au métal de remplir son rôle. Les composés naturels des métaux sont dans un état thermodynamiquement stable (état d'énergie le plus bas), tandis que les métaux extraits de ces minerais ont un état d'énergie élevé en raison de l'absorption de grandes quantités d'énergie lors de leur métallurgie. Les métaux ainsi obtenus lorsqu'ils sont exposés à l'environnement naturel auront tendance à revenir à leur état d'énergie basse stable chaque fois qu'une opportunité se présentera. 5 Le processus de corrosion des métaux dépend de l'environnement auquel les métaux sont exposés. La corrosion des métaux peut être (1) la corrosion sèche ou (2) la corrosion humide. 1.3. Corrosion humide ou corrosion électrochimique La corrosion humide des métaux est généralement un type de corrosion courant, où la corrosion du métal a lieu dans un environnement corrosif aqueux. Ce type de corrosion peut être observé lorsque: (a) un métal est en contact avec une solution acide et, (b) des métaux différents sont plongés partiellement dans un environnement corrosif Il est observé que tout impact de l'environnement corrosif sur une partie d'un métal, change son potentiel d'électrode par rapport à la valeur d'origine du potentiel d'électrode du métal. Cela crée une différence de potentiel au sein du système métallique. Il doit être évident que la différence de potentiel créée entre les zones d'une cellule est une mesure de la tendance à l'oxydation et à la réduction - plus le potentiel cellulaire créé est positif, plus la tendance de la réaction redox à se produire spontanément est grande. Une cellule de corrosion galvanique est créée dans le métal. La zone créée a un faible potentiel de réduction dans le métal est connue comme une zone anodique et celle avec une valeur de potentiel de réduction plus élevée est appelée zone cathodique. Par conséquent, le processus de corrosion a lieu en raison de la formation de zones anodiques et cathodiques séparées dans le métal, et le courant de corrosion s'écoule de la zone anodique vers la zone cathodique. La corrosion du métal se produit toujours dans la zone anodique en raison du processus d'oxydation. Dans la zone anodique, la corrosion commence en raison de la réaction d'oxydation. Le produit de corrosion se dissout dans le milieu. Le produit de corrosion forme un oxyde insoluble. Le processus de réduction se produit dans la zone cathodique du métal et le protège ainsi de la corrosion. A la zone cathodique : Mn+ + ne- → M …. (Réduction) 6 1.4. Nature électrochimique de la corrosion. La corrosion se produit lorsque les métaux sont exposés à l'air, à l'eau ou au sol et qui semble être un processus électrochimique indispensable. Une connaissance et la compréhension du processus de corrosion est donc tout à fait essentielle. Les problèmes liés à la corrosion des métaux peuvent être mieux expliqués sur la base de la théorie électrochimique. Selon la théorie électrochimique de la corrosion, lorsqu'un métal (ou des métaux différents) est exposé à un milieu d'environnement acide, le processus de corrosion s'apparait par la formation de zones anodiques et cathodiques distinctes sur la surface métallique. Une force motrice est nécessaire pour que les électrons s'écoulent entre les anodes et les cathodes. Cette force motrice uploads/Industriel/ cours-degradation-et-protection-des-materiaux-enregistre-automatiquement-pdf.pdf