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LA CORROSION DES MÉTAUX Bernard Baroux LA CORROSION DES MÉTAUX Passivité et cor

LA CORROSION DES MÉTAUX Bernard Baroux LA CORROSION DES MÉTAUX Passivité et corrosion localisée Préfaces de Yves Bréchet et de Jacques Charles © Dunod, Paris, 2014 ISBN 978-2-10-070546-7 Préface de Yves Bréchet Membre de l’Académie des sciences, Haut commissaire à l’énergie atomique La corrosion est la mauvaise conscience du métallurgiste, le prix à payer pour ce gaz d ’ électrons libres qui assure la cohésion métallique et les propriétés attrac- tives des métaux. Concevoir une pièce revient non seulement à assurer des propriétés d ’ usage, mais encore à garantir une durée d ’ utilisation. Cette durée de vie est souvent li- mitée par les interactions avec l ’ environnement chimique, d ’ où l ’ importance de la corrosion dans des domaines aussi variés que l ’ automobile, l ’ aéronautique, le nucléaire, le génie chimique ou le génie civil. On pourrait écrire un traité de cor- rosion à partir des situations dans lesquels le phénomène est d ’ une importance centrale, et Bernard Baroux, un de nos meilleurs spécialistes du domaine et un des rares qui ait une vision comparative des différents matériaux et une double culture industrielle et académique, aurait parfaitement pu faire ce choix… Mais comme le disait Voltaire, « Le secret d ’ ennuyer est celui de tout dire », et en bon enseignant, Bernard Baroux préfère aider à retrouver plutôt que forcer à retenir. Il a donc choisi de revenir aux mécanismes de base pour en donner une présentation éclairante et structurée. C ’ est clairement la bonne approche pour qui veut inventer, aussi bien du point de vue académique que du point de vue applicatif. C ’ est aussi celle qui permet des fertilisations croisées entre disciplines. Trop souvent les métallurgistes et les corrosionnistes s ’ ignorent mutuelle- ment. Les uns considèrent la corrosion comme une plaie qui demande certes un remède, mais un remède que l ’ on apporte par une protection a posteriori ou une méfiance a priori. Les autres sont persuadés que l ’ on a tout dit d ’ un alliage quand on a donné sa composition et de sa tenue à la corrosion quand on a spécifié le milieu. Et chacun campe sur ses positions. L ’ importance indus- trielle de la question a en quelque sorte, quelque peu retardé l ’ émergence d ’ une « science des matériaux en ambiance corrosive » qui traiterait conjointement de la microstructure et des mécanismes de corrosion pour développer de nouveaux alliages, avec de nouvelles microstructures qui soient mieux adaptés aux envi- ronnements chimiquement agressifs se surimposant aux autres contraintes de V © Dunod - Toute reproduction non autorisée est un délit. fonctionnement. Tout comme dans le cas d ’ un autre « Yalta des matériaux », le frottement et l ’ usure, la nécessité de « qualifier » les matériaux, a trop souvent pris le pas sur le besoin de « comprendre les mécanismes ». L ’ une est indis- pensable à la mise en œuvre des matériaux disponibles, l ’ autre est nécessaire pour développer les matériaux innovants. On ne peut que se réjouir d ’ avoir vu émerger depuis quelques années une communauté scientifique dynamique qui s ’ est saisie de cette nécessité de rapprocher métallurgie et électrochimie et qui se reconnaitra dans cet ouvrage. En apportant une présentation claire et concises des concepts de base (acidobasi- cité et réactions électrochimiques, couche passive, bicouches électriques, écran- tage de Debye-Huckel, etc.) s ’ appuyant exclusivement sur la thermodynamique et la physicochimie qui sont, ou devraient être, le socle commun de toute forma- tion dans le domaine des matériaux, Bernard Baroux fait « œuvre de passeur ». Découlent tout naturellement les notions de stabilité des couches passives, les cinétiques de dissolution de Butler-Volmer, les diagrammes de Pourbaix, etc. La distinction entre les aspects thermodynamiques et les aspects cinétiques devient transparente, le rôle du pH ou des ions Chlore, ou encore le courant de passiva- tion, cessent de relever de la magie noire pour le métallurgiste. Inversement, le cours compact et efficace sur la métallurgie des aciers inoxydables et la genèse de leur microstructure, directement intégré dans le chapitre sur la passivité rendent moins sibyllin pour l ’ électrochimiste les arcanes de la métallurgie et le rôle des joints de grains et des inclusions dans la corrosion localisée. Ce livre, abondamment illustré d ’ exemples, est de ceux-là même qui incite à regarder en dehors des chemins battus, il plaira aux corrosionnistes qui aime- raient mieux comprendre la métallurgie, et aux métallurgistes qui souhaiteraient « entrer en corrosion ». Il plaira à tous ceux pour qui il n ’ est pas indispensable d ’ être inutile pour être fondamental. Il arrive à point nommé au moment où les exigences accrues des cahiers des charges, en termes de dimensionnement et de durabilité, donnent un avantage majeur à ceux qui sauront concevoir des alliages innovants sur ceux qui se contenteront de reconduire les solutions éprouvées. Yves Bréchet VI Préface de Yves Bréchet Préface de Jacques Charles Société APERAM, Directeur général en charge de l’innovation, de la recherche et du développement La corrosion sous toutes ses formes constitue un enjeu majeur pour nos civilisa- tions industrielles pour plusieurs raisons. Son impact économique, prenant en compte le coût engendré par les dégradations et le remplacement des équipe- ments hors d ’ usage, a été évalué à 3 % du PIB. En outre, la maîtrise des proces- sus de dégradation des matériaux permet de réduire significativement les coûts d ’ entretien des installations. Par ailleurs, les conséquences directes ou indirectes de la corrosion peuvent impacter durablement notre environnement et notre santé. Par exemple, les conséquences de la rupture de composants dans les in- dustries pétrole/gaz, ou dans les installations chimiques, ont malheureusement alimenté à maintes reprises les rubriques « dommages majeurs » de notre éco- système planétaire. Plus proche de chacun, nos ustensiles de cuisson doivent être conçus pour éviter des relargages d ’ éléments pouvant influer sur notre santé. Enfin, la résistance à la corrosion est devenue un impératif pour le développe- ment de la plupart des technologies nouvelles. La protection des métaux et alliages contre la corrosion peut se faire en suivant plusieurs approches : ▶ ▶optimisation de la sélection des matériaux, dans une offre de nuances tou- jours plus vaste ; ▶ ▶protection cathodique ou usage d ’ anodes sacrificielles (protection galva- nique, galvanisation) ; ▶ ▶introduction de barrières de protection : peintures, revêtements organiques ou inorganiques déposés, ou plus simplement ; ▶ ▶passivation directe du matériau par son environnement. C ’ est sur cette dernière approche que cet ouvrage met principalement l ’ accent. Pour certaines conditions en service, certains matériaux (comme les aciers inoxy- dables) ont la faculté de créer à l ’ interface métal solution, une couche ultramince dite passivante, qui limite considérablement la dissolution ultérieure du métal, le rendant quasi insensible à la corrosion. De surcroit, dans les conditions optimales VII © Dunod - Toute reproduction non autorisée est un délit. d ’ emploi, cette couche est capable de se reconstituer en cas d ’ endommagement sous l ’ effet d ’ une agression externe, par exemple de nature mécanique. On com- prend tout l ’ intérêt que représente la réaction de passivation pour un ingénieur et la nécessité d ’ en maitriser les mécanismes. Malgré son importance, l ’ approche scientifique de ces mécanismes a cependant été trop souvent négligée par le monde industriel, la corrosion ayant bien long- temps été considérée comme « un mal nécessaire » ou, au mieux, un art réservé à quelques initiés. Ce n ’ est qu ’ avec le développement d ’ outils d ’ investigations performants, d ’ analyse microscopique des métaux et de leurs surfaces ainsi que des techniques électrochimiques d ’ étude du comportement des matériaux im- mergés en solution corrosive, que cette approche a été rendue possible. L ’ étude de la tenue à la corrosion des métaux et alliages est alors passée d ’ une approche empirique à une approche scientifique, prenant en compte la compréhension fine des mécanismes, à la lumière des progrès réalisés dans la connaissance physico- chimique des matériaux et leur examen à l ’ échelle atomique. C ’ est dans cet esprit, en conjuguant métallurgie et électrochimie, que l ’ auteur a construit la majorité de sa carrière industrielle et scientifique. Le refus de l ’ ac- ceptation de recettes, et au contraire, la volonté (certains disent la rage) de la re- cherche du pourquoi et du comment le caractérisent. À cette fin, il n ’ a pas hésité à développer des techniques expérimentales nouvelles et à étudier les synergies potentielles nées des additions combinées de plusieurs éléments d ’ alliages dans les aciers inoxydables. Il a également étudié l ’ impact sur la tenue à la corro- sion, non seulement du film passivant, mais aussi de la structure sous-jacente de l ’ alliage (écrouissage, recristallisation, joints de grains, inclusions…). Sa carrière débute comme chercheur industriel en charge de uploads/Ingenierie_Lourd/ la-corrosion-des-metaux.pdf