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LES RENCONTRES DE LA PEINTURE ANTICORROSION 2018© RPA – Tous droits réservés

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20 & 21 MARS 2018 / PARIS - PARC FLORAL

PROTECTION EN MILIEUX CONTRAIGNANTS :ENJEUX ET SOLUTIONS


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Compatibilité des systèmes de peinture avec la protection cathodique pour les ouvrages enterrés et immergésMarcel Roche (CEFRACOR)Christian Favennec (Naval Group)Bernard Chizat (BS Coating)


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Compatibilité des systèmes de peinture avec la protection cathodique pour les ouvrages enterrés et immergésExposé introductif sur les aspects scientifiques, techniques et normatifsMarcel Roche (CEFRACOR)


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Sommaire

1.La protection cathodique appliquée aux ouvrages enterrés ou immergés2.Principe de la protection cathodique3.La problématique de la compatibilité entre revêtement et protection cathodique4.Aspects normatifs et certification5.Voies de progrès


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La protection cathodique appliquée aux ouvrages enterrés ou immergésProtection active électrochimique permettant de minimiser le risque de corrosion des surfaces métalliques exposées en milieu électrolytique (sols, eaux)Généralement associée à une protection passive (revêtement organique)Obligatoire pour les canalisations enterrées transportant des produits pétroliers, gaziers ou chimiquesIncontournable pour les réservoirs enterrés stockant des gaz inflammables

Ø notamment gaz de pétrole liquéfiés (GPL) ou liquides dangereux (acides, …)Ø afin d’éviter d’avoir à les déterrer pour les inspecter règlementairement

Systématique pour la plupart des ouvrages en contact avec l’eau de mer ou le fond marin

Ø coques de navires, ouvrages offshore fixes / flottants, canalisations offshore.Fréquente pour les dessous de réservoirs aériens, les cuvelages de puits et les ouvrages portuaires.


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PROTECTION EN MILIEUX CONTRAIGNANTS : ENJEUX ET SOLUTIONS

Abaissement du potentiel électrochimique du métal à un niveau tel que la vitesse de corrosion devient acceptable pour la durée de vie recherchée de l’ouvrage.Ø Effet provoqué par un courant

continu « cathodique » (de l’électrolyte vers la surface du métal)

Ø Courant circulant entre une « anode » et l’ouvrage à protéger

Ø Produit à l’aide d’une source de courant (système à « courant imposé ») ou sans (système à « anodes galvaniques » constituant une pile)

Principe de la protection cathodique

L’efficacité de la protection dépend de la valeur du potentiel obtenueØ Critère de base utilisé : potentiel plus

négatif que – 850 mV par rapport à une électrode Cu-CuSO4 saturé


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La problématique de la compatibilité entre revêtement et protection cathodiqueCourant « cathodique » dû à la réduction de l’oxygène dissous dans l’électrolyte et des molécules d’eau en ions hydroxyles (OH-)

Ø Forte alcalinisation de la surface (pH > 12 à 13)

Ø Risque de « décollement cathodique » du revêtement entrainé par le pH alcalin sur la liaison adhésive entre revêtement et acier

Ø Vérification impérative de la compatibilité entre revêtement et protection cathodique pour limiter ce risque

Ø Ce risque augmente quand le potentiel devient plus négatif ou quand la température augmente


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La problématique de la compatibilité entre revêtement et protection cathodiqueLa lecture du potentiel « à courant coupé » est nécessaire dans les milieux peu conducteurs comme les sols :Ø Pour s’affranchir de l’erreur de chute

ohmique dans l’électrolyte et se rapprocher le plus possible de la valeur vraie du potentiel de l’ouvrage

Cela peut conduire à sous-estimer les risques de « surpolarisation » et masquer le phénomène de décollement cathodiqueLe retour vers le potentiel naturel de corrosion (dépolarisation), parfois rapide après coupure du courant, peut entrainer une lecture de potentiel moins négative que la valeur réelle.


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Pour les revêtements très sensibles à ce phénomène (nature des produits inadaptée ou mauvaises conditions d’application), le décollement peut se produire sous la forme de cloquages généralisés.Ø Phénomène peut être spectaculaire et

toujours à éviter, mais ne provoquant généralement pas de corrosion tant que la protection cathodique est appliquée.

Pour les revêtements adaptés (produits résistants aux pH alcalins, de type époxy ou PU) et bien appliqués, la perte d’adhérence se limite à une certaine distance autour des défauts de revêtement exposant l’acier à l’électrolyte et au courant de protection .

La problématique de la compatibilité entre revêtement et protection cathodique


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Les essais de qualification et de contrôle qualité après application sont correctement spécifiés par les normes relatives aux revêtements de canalisations enterrées ou immergées, telles les différentes parties de la norme NF EN ISO 21809 :Ø Défaut artificiel de revêtement de Ø 6 mm, potentiel de

-1,5 V/ ECS, dans eau salée à 3% NaCl et durée de 28 jours à température ambiante

Ø Pour le contrôle qualité, un essai à 65 °C permet de réduire la durée de l’essai à 48 heures avec les mêmes valeurs acceptables

Norme NF EN ISO 15711 « Peintures et vernis —Détermination de la résistance au décollement cathodique des revêtements exposés à l'eau de mer » :Ø Défaut artificiel de revêtement de Ø10 mm et potentiel de -1,05 V/

ECS (méthode courant imposé) ou Ø 3 mm et potentiel de -1,04 V/ ECS (méthode anode Zn), durée de 26 semaines mini, à température ambiante dans eau de mer artificielle ou naturelle.

Aspects normatifs et certification

LES RENCONTRES DE LA PEINTURE ANTICORROSION 2018

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Aspects normatifs et certification

Pour les systèmes de peintures pour ouvrages enterrés, nécessité de sélectionner :

Ø Des systèmes de peintures Haute durabilité suivant NF EN ISO 12944-1Ø Pour un environnement classé Im3 suivant NF EN ISO 12944-2

Cependant cette norme ne fait référence à la protection cathodique que de

façon très vague (dans une note).

Pour ces conditions, la norme NF EN ISO 12944-6, relative aux essais de qualification des systèmes de peintures en laboratoire, spécifie :

Ø Essai de tenue de 3000 h en immersion en eau salée à 5 % NaCl (ISO 2812-2)Ø Essai de tenue de 1440 h au brouillard salin (ISO 7253)Ø Essais non représentatifs d’un environnement enterréØ Aucun essai de décollement cathodique

La révision en cours de cette norme ne permet hélas pas d’introduire un

essai de décollement cathodique.

Actuellement, l'ACQPA ne certifie pas de systèmes de peintures dans la catégorie

Im3 et encore moins sous protection cathodique.


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Voies de progrès

Il est nécessaire de préparer un référentiel adapté pour la catégorie Im3 sous protection cathodique, les normes actuelles ne convenant pas.ll est recommandé d’étendre la démarche de certification ACQPA pour les systèmes de peinture pour les ouvrages enterrés et immergés sous protection cathodique. Le CEFRACOR prépare une certification des applicateurs de revêtements sur canalisations sur site (raccordement de tubes et accessoires) sous la dénomination CEFRACOR CERTIFICATION - Revêtements.La Commission Peinture du CEFRACOR peut accueillir un Groupe de travail destiné à faire remonter les expériences positives et négatives de terrain, réfléchir sur les voies de progrès en normalisation et réaliser si nécessaire un travail prénormatif dans ce domaine. Ces sujets pourront être discutés avec intérêt dans la table ronde.


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Compatibilité des systèmes de peinture avec la protection cathodique pour les ouvrages enterrés et immergésSecteur immergé en eau de mer

Christian Favennec (Naval Group)


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Sommaire

1. Revêtements et protection cathodique sur navire § Localisations principales sur un navire

§ Influence de la protection cathodique sur les revêtements

§ Qualification des revêtements vis-à-vis de la protection cathodique

§ Boucliers diélectriques autour des anodes

2. Secteur côtier et offshore


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Les localisations principales sur naviresLes œuvres vives (carène immergée)Revêtement peinture + Anodes galvaniques zinc (général) ou aluminium-IndiumRevêtement peinture + Protection cathodique par courant imposéRevêtement peinture + système mixte PCAG/PCCI

BallastsRevêtements certifiés IMO PSPC MSC215 + anodes zinc


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Influence de la protection cathodique sur les revêtements

Augmentation de la durée de vie des revêtements, mais…

Risque de délamination cathodique

Source PCE janvier 99

Délamination cathodique d’un revêtement suite essai selon NF EN ISO 15711Même revêtement avec et sans protection cathodique


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Influence de la protection cathodique sur les revêtements

Phénomène « d’assiette » sur antifouling au cuivre

Phénomène d’assiette sur antifouling: Influence de la protection cathodique?


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Qualification des revêtements vis-à-vis de la protection cathodique (domaine naval)

ISO 15711 : Détermination de la résistance au décollement cathodique des revêtements exposés à l'eau de mer

6 mois en immersion en eau de mer artificielle ou naturelle§ Anodes zinc (-1040 mV ± 10 / Ag/AgCl/Edm).§ Ou courant imposé (-1050 mV / Ag/AgCl/Edm)

Evaluation du degré de cloquage Evaluation de la distance de délamination à partir de la lacune (Φ10 mm en courant imposé, 3 mm anode galvanique)

Note : NF EN ISO 20340 : définit une lacune de 6 mm et un Φ équivalent de délamination max de 20 mm


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Autres standards d’évaluation de la délamination cathodique

Différentes Méthodes d’essais pour l’évaluation du décollement cathodique *

Influence de l’épaisseur sur la délamination* Influence de la température sur le courant cathodique*

Quelques paramètres d’influence

* Source « ANALYSIS OF CDT METHODS AND FACTORS AFFECTING CATHODIC DISBONDMENT”, Jiri Holub, Dennis T. Wong, Marissa Tan ShawCor Ltd Corporate Research & Development NACE 2007


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Bouclier diélectrique autour des anodes PCCIFonction :§ Eviter les surprotection en périphérie d’anode§ Améliorer la répartition des lignes de courant sur la coque

Matériaux :§ Généralement enduits époxy diélectriques§ Parfois matériaux thermoplastiques

Dimensions :§ Dépend de la puissance de l’anode.§ De 1,5 m à 3 m de diamètre *§ Epaisseur : de 1 à 3 mm

Le diamètre minimum du bouclier diélectrique peut être évalué par la formule:!= I x ρ / (2 x π x V)

I: Imax de l’anode ; ρ : résistivité de l’électrolyte (0,25 ohm.m) ; V : potentiel diélectrique généralement considéré de 3 VSoit pour une anode de 100 A, un diamètre minimum de 2,7 m


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Cas des ouvrages offshore

Plates-formes fixes en offshore classique § Elles sont installées nues et sous protection cathodique,

généralement par anodes galvaniques à base d’aluminium, mais certaines zones spécifiques sont revêtues, comme celles au contact du fond marin et la zone de marnage et des éclaboussures.

Installations sous-marines en offshore profond § Elles sont toujours revêtues par un système de peinture de type

époxy et protégées par anodes galvaniques à base d’aluminium.Ouvrages flottants (FPSO, bouées, etc…)§ Ils sont toujours revêtus par un système de peinture de type

époxy et protégés cathodiquement par courant imposé ou anodes galvaniques à base d’aluminium.

Les systèmes de peintures sont systématiquement sélectionnés pour leur tenue au décollement cathodique


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Elles sont protégées d’un revêtement du mêmetype que pour les canalisations enterrées,complétées généralement par des braceletsd’anodes galvaniques (base Al), installés surbarge de pose ou sur les tubes en usine en casd’utilisation de béton de lestage.

Parfois, la protection se fait par courant imposé(cas de la pose au déroulé par exemple).

Les différentes parties de la norme NF EN ISO21809 s’appliquent, y compris pour les essaisde qualification et de contrôle qualité pour ledécollement cathodique.

Cas des canalisations côtières et offshore


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Compatibilité des systèmes de peinture avec la protection cathodique pour les ouvrages enterrés et immergésDécollement cathodique : structures enterré

Bernard Chizat (BS Coating)

www.bs-coatings.com


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La protection cathodique est très souvent associée (voir obligatoire pour les citernes sous pression) avec une protection passive par revêtements polymères (chimie époxy, PU, …) pour la protection anticorrosion des structures métalliques enterrées (réservoirs, canalisations)

A ce jour, de notre point de vue de fabricant le retour d’expérience est positif sur l’association entre revêtements polymères et protection cathodique.Aucune dégradation constatée sur ouvrages enterrés, canalisations ou réservoirs, n’ayant mis en évidence d’incompatibilité entre ces deux technologie dans les conditions standards.

Protection cathodique et protection par revêtement


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Défauts et dégradations

Les défauts et dégradations rencontrés, très rapidement après mise en œuvre des revêtements et/ou mise en service des ouvrages sont principalement liés à :§ Mauvaise utilisation et/ou mise en œuvre des produits§ Non respect des dispositions constructives (voir ISO 12944-3)§ Manquement à la préparation de surface voir (ISO 8501-1)§ Non respect de la rugosité de surface exigée par la FT (voir ISO 8503-4)§ Présence de contaminants de surface suivant ISO 8502-(1 à 6)§ Non respect du Point de Rosée et de la température de mise en œuvre

(conditions climatiques de la Fiche Technique)§ Non respect de l’épaisseur nominale du film sec spécifiée§ Entretien de l’équipement d’application

(mix ratio des pompes bi-composantes, propreté, usure des buses,...)


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Le décollement cathodique pour l’activité pipe§ Nombreuses méthodes existantes§ Diamètre du défaut (3,2mm ou 6 mm).§ Réalisation du test sur bain de sable ou en étuve pour les tests en température.§ Remplacement de l’électrolyte ou mise à niveau pour les tests en température.§ Durée maximum de 28 à 30 jours, il existe cependant des méthodes pour des durée plus

longues (ASTM G19, ASTM G80 et ASTM G95)§ Evaluation et expression des résultats


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Le décollement cathodique pour les capacités de stockage

§ Norme NF EN 858-1 : Installations de séparation de liquides légers

§ MSBFS 2014:5 (SUEDE) : Capacité de stockage liquide inflammables

§ UL 1746 : Protection extérieure contre la corrosion des capacités de stockage enterrées

Pour ces trois « standards » seul le standard UL 1746 demande la vérification dela résistance au décollement cathodique selon ASTM G8 (28 jours à 23 ± 2°C)avec une exigence de surface de revêtement décollé ≤ 968 mm2

Soit un ECD (diamètre de cercle équivalent) de 35 mm c’est à dire un rayon de17,5 mm maximum.


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Résultat en fonction des chimies

Pas de corrélation systématique entre la résistance au brouillard salin et le décollement cathodique.Des performances qui ne peuvent être déconnectées de la notion de coût.

Critères Exigences

ISO 12944-6 PUR n°1 PUR n°2 FBE n°1 FBE n°2

Epaisseur de revêtement -- 900 µm 1000 µm 350 µm 350 µm

Laboratoire de test -- Extérieur Extérieur BS COATINGS BS COATINGS

Cloquage ISO 4628-2 0 (S0) 0 (S0) 0 (S0) 0 (S0) 0 (S0)

Enrouillement ISO 4628-3 Ri 0 Ri 0 Ri 0 Ri 0 Ri 0

Craquelage ISO 4628-4 0 (S0) 0 (S0) 0 (S0) 0 (S0) 0 (S0)

Ecaillage ISO 4628-5 0 (S0) 0 (S0) 0 (S0) 0 (S0) 0 (S0)

Largeur maximale de corrosion le long de la rayure

≤ 1mm 0,75 mm (0,5 à 1 mm) 1,2 mm

(1 à 2 mm) 0,5 à 1 mm 1 à 1,5 mm

Adhérence ISO 4624 ≥ 5 MPa -- -- ≥ 11 MPa ≥ 12 MPa

Décollement Cathodique

28j, 20°C, -1,5V 11 mm 1,8 mm (1500 µm) 4,3 mm 6,5 mm

28j, 65°C, -1,5V -- -- 9,1 mm 17 mm

28j, 80°C, -1,5V -- 15 mm -- --

PUR : PolyuréthaneFBE : Fusion bonded epoxy


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Le choix de la chimie

Au delà de la chimie, un certain nombre de paramètres entrent en ligne de comptepour le choix du revêtement qui sera appliqué, tenant compte du fait qu’entre autresles polyuréthanes et les époxys ont une bonne résistance au décollement cathodique.§ Application usine§ Application chantier§ Off shore§ On shoreDe ces différentes possibilités découlent un certain nombre de caractéristiques quivont décider de la chimie.§ Réactivité (mise ou remise en service rapide ou pas)§ Flexibilité (possibilité pour les pièces revêtues de subir des contraintes)§ Température de service maximale§ Résistance au fluide transportéLes polyuréthanes liquides montrent une bonne adaptation à de nombreusesapplications pour le monde du pipe et des structures enterrées même si leurs limitessont connues.


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Conclusion

A l’heure actuelle il n’y a pas de corrélation démontrée entre la résistance audécollement cathodique testée en laboratoire et la délamination d’un revêtementautour d’un défaut sur un tube en service…

… pour des raisons évidentes de différence de composition chimique entre un testlaboratoire et la grande variété de nature des sols rencontrés (désertique, zonehumide, terres acides, etc.…)

§ L’article C2012-0001285 (NACE CORROSION 2012) apporte un certain nombred’éléments à cet argument

Les test de décollement cathodique tels qu’ils sont réalisés en laboratoire suivantles référentiels existants permettent essentiellement de comparer lesperformances des revêtements entre eux

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