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AST – LP ROMPSAY 38

PARTIE II : LES CONFERENCES

NOTION DE CORROSION : CAS CONCRETS

DIFFERENTS MECANISMES DE CORROSIONS

PROTECTION PAR REVETEMENTS

PROTECTION ANODIQUE ET CATHODIQUE


CONFERENCE : Fiche élève

1. Notes : 2. Questions :

3. Observations : Points forts

Points faibles


LA CORROSIONC ’est quoi?

Comment protéger les matériaux de la corrosion?

Catherine SAVALL

Juan CREUS

Otavio GIL

René SABOT

LABORATOIRE D’ETUDES DES MATERIAUX EN MILIEU AGRESSIF

(LEMMA)


Partie II : Conférence – Notion de corrosion : cas concrets

LABORATOIRE D’ETUDES DES MATERIAUX EN MILIEU AGRESSIF

(LEMMA)

EXEMPLES:

Transformation de l’acier en rouille,

Oxydation d’un contact électrique en cuivre,

Dégradation du PVC par le rayonnement UV

MATERIAU = METAUX, MATIERES PLASTIQUES, VERRES, PAPIER

CORROSION = PROCESSUS CHIMIQUE DE DEGRADATION D’UN MATERIAU PAR REACTION AVEC SON ENVIRONNEMENT

REACTION D’OXYDO-REDUCTION TRANSFERT D’ELECTRONS entre deux réactifs:

un OXYDANT et un REDUCTEUR

Exemple: Pile Cuivre / Zinc

A l’électrode de Zinc: Oxydation

Zn Zn2+ +2e-

A l’électrode de Cuivre : Réduction

Cu2+ + 2e- Cu

Observations:

courant de Cu vers Zn

dépôt de cuivre pulvérulent sur Cu

Equation bilan:

Cu2+ + Zn Cu + Zn2+

Cu Zn

Cu2+ + SO42- Zn2+ + SO4

2-

AR

K+ NO3-

I e-

e-

Cu2+ Zn2+

e-

Il ne peut y avoir oxydation d ’uneespèce chimique A sans qu ’il y ait

simultanément réduction d ’une espèce chimique B

oxydant réducteur

anodecathode



Remarque 1: Nécessité d ’avoir un électrolyte (eau salée, solution acide…)

au contact des 2 métaux

Remarque 2: Nécessité d ’avoir un contact électrique entre les 2 électrodes

I=0 AI > 0 A

anode

H2ou OH-

ou dépot

Les électrodes peuvent être des métaux très divers.

Platine

Or

Argent

Inox 316

Nickel

Bronze

Cuivre

Fer, Acier

Aluminium

Zinc

Magnésium

Echelle galvanique: Métaux classés selon leur « noblesse »

Si on met en contact électrique

2 métaux différents au contact du même électrolyte,

le métal le moins noble se corrode

au profit du métal le plus noble.

zinc/fer

eau salée

fer/cuivre

eau salée



Exemple:

Eau de mer: électrolyte

cuivre plus noble que l’acier

acier anode

cuivre cathode

La coque se corrode ...

Le bateau coule

Et si on avait choisi du zinc, au lieu du cuivre ?

acier plus noble que le zinc

acier cathode

zinc anode

Le gouvernail

se corrode

La coque

est protégée

Gouvernail en cuivre

Coque métallique

Acier : électrode

CORROSION DES METAUX: METAL IONoxydation

Exemple: Fe Fe2++2e-

Nécessité de disposer dans le milieu environnant

Dans les milieux usuels, présence de dioxygène dissous et d’eau (humidité):

Métal + Agent Oxydant

Métal oxydé + Agent réducteur

Le fer se ronge ….

Demi-réaction de réduction O2(g) + 2H2O+4e- 4OH- (l)

Réaction globale d’oxydo-réduction:

2Fe + O2 + 2H2O →2Fe2+ + 4 OH-

d’un oxydantd’un électrolyte(Eau salée, goutte d’eau

de pluie, humidité)


Partie II : Conférence – Différents mécanismes de corrosion

Corrosion généralisée

Attaque uniforme sur toute la surface

Diminution en épaisseur du métal

Fe Fe2++2e-

O2(g) + 2H2O+4e- 4OH-

2Fe + O2 + 2H2O →2Fe2+ + 4 OH-



ET LA ROUILLE ???

En eau de mer (pH=8), réactions deprécipitation:

Fe2+ +2OH- →Fe(OH)2

Fe3+ +3OH- →Fe(OH)3

• • •

Formation d’une couche de rouille

(mélange complexe de différentes phases)

FeOOH

Corrosion localisée

Attaque en un point de la surface

Dissolution en profondeur du métal

Fe

O2O2O2

O2

O2 O2O2 O2

H2O

Fe2+

e-e-

En un point de la surface

À l’échelle macroscopique



corrosion d’une canalisation d’évacuation de gazen acier allié (inox)

CORROSION PAR PIQÛRES

DANGERPerforation du métal



Corrosion par piqûre

Sur des défauts

Chimiques ou physiques

Amorçage

Propagation M Mn+ + ne-dissolution

acidification

migration des chlorures

Solution stagnante :

[O2] dans la piqûre

Mn+ + nH2O M(OH) n + nH +

Agressivité

Formation d ’une pile

entre l’intérieur et l’extérieur

Agressivité

Corrosion

Corrosion par crevasse

Sur des défauts géométriques de la structure

Sous joints, boulons, dans une zone confinée,...

Amorçage

Propagation M Mn+ + ne-dissolution

acidification

migration des chlorures

Solution stagnante :

[O2] dans la piqûre

Mn+ + nH2O M(OH) n + nH +

Agressivité

Formation d ’une pile

entre l’intérieur et l’extérieur

Agressivité

Corrosion



ESTIMATION DU COÛT DE LA CORROSION :

1/4 de la production annuelle mondiale de l ’acier

(en une seconde 5 tonnes d’acier sont perdues)

en France : coût de la corrosion estimé à 1 euro par jour et par personne

LES PHENOMENES DECORROSION DEPENDENT

DU MATERIAU

DU MILIEU ENVIRONNANT

Composition

Bactéries

Polluants atmosphériques (CO2,soufre…)

Climat, courants….

QUELQUES SECTEURS DE L ’INDUSTRIE CONCERNES

AERONAUTIQUE (naval, automobile…..)

CONSTRUCTION

INDUSTRIE CHIMIQUE (acides….)

ALIMENTAIRE ( emballages…)

BIO-MEDICAL (prothèses, couronnes...)

...


PROTECTION CONTRE LA CORROSION

Protection contre la corrosion humide

Les modes de protection portent essentiellement sur le matériau et l’environnement chimique

Choix du matériaucompatible avec l’environnement

chimique

Géométrie de la structure- zone humide,- forme complexe,- éliminer les risques de corrosion sous joint ou dépôt

Protection contre la corrosion

Protection cathodique

Protection anodique

Protection par revêtementsRendre la surface du matériau métallique stable dans le milieu

Rendre la surfaceélectrochimiquementnon active dans le milieu

Rendre la surface du matériau inerte dans le milieu

Modification du milieuInhibiteurs de corrosionPrévention de la corrosion


Partie II : Conférence – Protection par revêtements

Protection cathodique


iGlobal

Ecorr

iA

iC

Domaine cathodique

E (V)

i (A.cm )-2

M Mn+

O2

OH-

EK

Zone de protectioncathodique

- Réduire ou supprimer les zones anodiquesà la surface du matériau par application d’un courant de l’électrolyte vers le métal

Abaissement du potentiel

anodes sacrificielles

Courant imposé

E


Protection par revêtementsDéposer un matériau d’apport à la surface d’un substrat.

Conférer à une pièce une ou plusieurs propriétés particulières en surface, tout en conservant les propriétés structurelles de la pièce avant traitement.

Revêtements non métalliquesRevêtements métalliques

- peintures- vernis- Revêtements polymériques

Revêtements organiques Revêtements inorganiques- couches de conversion - L’émail, ciment,….- céramiques réfractaires.

Ex : - Zinc, Aluminium - Chrome, nickel,….




Revêtements et Anticorrosion

Modes d’action

Effet barrièreLimitation des échanges

entre le substratet le milieu électrolytique

Revêtement

substrat

Milieu électrolytique ?

Effet par inhibitionRalentissement du processus de corrosion par inhibition d’une ou plusieurs réactions

Exemple : Traitements de conversion - la finition chromique - la phosphatation

Modification du potentiel d’électrode

Les revêtements conducteurs, en contact électrique direct avec le substrat modifie

le potentiel d ’électrode.

- Potentiel mixte entre celui du revêtementet du substrat

Exemple : - Les dépôts métalliques- Peintures avec pigments métalliques- Peintures conductrices.

Revêtements organiques : Les peintures Protection contre la corrosion humide

Peintures : Trois constituants principaux.

- le liant,- le solvant : produit volatil facilitant l’application de la peinture,- les matières pulvérulentes : - pigments anticorrosion, - des adjuvants (plastifiants, agents de mouillage,…)

(e < 100 µm)

Barrière entre le milieu électrolytique et le substrat.

Electrolytepores

peinture

substrat

Facteur limitant la protection Présence de porosités, discontinuités, rayures

Corrosion localisée du substrat

Peintures : Assurer une protection des substrats



Dégradation de la peinture suite à l’infiltration d’eau

Hydrolyse des chaînes macromoléculaires.Rupture des chaînes suite à l’interaction

avec l ’eau Délamination ou décollementassocié à une perte d ’adhérence

de la peinture

Cloquage infiltration d ’eau

+ corrosion du substrat.


Perte de cohésion de la peinture.Elle se désagrége poudre

Destruction chimiquedes liaisons assurant

l’adhésion de la peinture

Compatibilité chimique de la peinture avec l’électrolyte- milieu aqueux acide ou alcalin- milieu organique (hydrocarbures)- T° d ’utilisation

Peintures : Réactivité avec le milieu électrolytique

Choix du système de peintures

Protection contre la corrosion humideRevêtements métalliques

Les potentiels respectifs du substrat (par ex. l’acier) et du revêtementpermettent de classer les revêtements métalliques en deux catégories

E (V/ECS)NaCl 3 % aéré

0-0,5-1

aciers

Zn Cd Al Ni Cr Ti

Revêtements anodiques Revêtements cathodiques

Substrat

Revêtement

Electrolyte

Revêtement

Substrat

Electrolyte

--+

Zn

Zn2+

2e-

O2OH-

Fe

+

Fe2+

2e-

O2 OH-

Le potentiel du revêtement est plusnégatif que celui du substrat

Le potentiel du revêtement est pluspositif que celui du substrat

Revêtement sacrificielSubstrat protégé cathodiquementL’acier ne se corrode plus.

Revêtement « noble » : Bonne résistance intrinsèque à la corrosionSubstrat subit une corrosion localisée


PROTECTION CATHODIQUE

DEPOT CALCOMAGNESIEN


Partie II : Conférence – Protection cathodique, dépôt calcomagnésien



La protection est perturbée en cas de marée basse

Les dépôts visibles sur la partie inférieure de la structure protège contre la corrosion, elle limite donc le

courant imposé



Limitation du courant de protection grace au dépôt calcomagnésien

Les Dépôts CalcomagnésiensLes Dépôts Calcomagnésiens

O2 OH-

pH très basiquepH très basique

Mg(OH)2

CaCO3

0 20 40 60 80 1000,0

0,4

0,8

1,2

1,6 Dépôt calcaireDépôt magnésienDépôt calcomagnésien

- I (m

A)

Temps (heures)

Dépôts formés sur acier(600 tr/mn ; -1 V/ECS et 20°C)

Calcoacier


PARTIE III : ACTIVITES EN DEHORS DU LYCEE

VISITE DU LABORATOIRE D’ETUDE DES MATERIAUX EN

MILIEUX AGRESSIFS (LEMMA)

VISITE DES SITES DE PROTECTION AU PORT DES MINIMES A

LA ROCHELLE

PARTICIPATION AU IV FESTIVAL DU TRES COURT

METRAGE DE VULGARISATION SCIENTIFIQUE A LA

ROCHELLE


Visite du laboratoire effectuée par J.F DINHUT directeur du LEMMA


Photos illustrant quelques activités de l’atelier

Test de reconnaissance de quelques types de corrosions sur des échantillons réalisés auLEMMA

Echange avec les partenaires scientifiques

Travaux en salle de sciences physiques


Activités expérimentales en salle de sciences physiques


PLANNING DES ACTIVITES DE L’ATELIER SCIENTIFIQUE2002/2003

Date

Activité

Thème

Lieu

Observations

Sept 2002

Information et recueil des candidatures

LP Rompsay

08 oct. 2002

Réunion

d’information

LP Rompsay

22 oct. 2002

Activités expérimentales 1

(AE1)

Illustration de quelques types de

corrosions

LP Rompsay

05 nov. 2002

AE2

Oxydoréduction et

corrosion

LP Rompsay

Elèves de IBAMVABP en stage

19 nov. 2002

AE3

Classification des métaux.

Equations bilan de AE1

LP Rompsay

Elèves de IBAMVABP en stage

05 déc. 2002

Conférence 1

Différents types de corrosions partie 1

LP Rompsay

Présentée par René SABOT LEMMA

17 déc. 2002

AE4

Mécanismes de la corrosion : Piles électrochimiques

terminologie

LP Rompsay

07 janv. 2003

AE5 Aération différentielle

LP Rompsay


Evaluation partie 1

23 janv. 2003

Conférence 2

Différents types de corrosions partie 2

LP Rompsay


04 févr. 2003

Conférence 3

Protection contre la corrosion partie1

LP Rompsay

Présentée par J. Creuse

11 mars 2003

AE6

Protection contre la corrosion partie 1

LP Rompsay

25 ou 27 mars 2003

Conférence 4

Protection contre la corrosion partie2

LP Rompsay

Présentée par O. Gilles

Evaluation de la partie 2

08 avril 2003 AE7

Protection contre la

corrosion partie2

LP Rompsay

11 avril 2003

sortie

Participation au festival du très court métrage de vulgarisation scientifique à la Rochelle

29 avril 2003

Visite du laboratoire Groupe1

Découverte du travail de recherche Applications industrielles

LEMMA Université de la Rochelle

J.F. DINHUT

06 mai 2003

Visite du laboratoire Groupe2

LEMMA Université de la Rochelle

J.F. DINHUT

13 mai 2003

Sortie

Visite des sites de

protection

Port - Entreprises SABOT, M RAHMOUNE et Y

OLLIVIER 20 mai 2003 Préparation de l’exposition des travaux LP Rompsay

Elèves 1BAMSMA en stage

27 mai 2003

Conférence 5

Bilan de l’atelier

LP Rompsay

R. SABOT, M. RAHMOUNE et

Y. OLLIVIER N.B. : certaines dates peuvent êtres modifiées

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