4.2.2 Corrosion

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r4.2.2 Dégradation (corrosion)

Partie 4eLes propriétésdes matériaux

LA CORROSION

Des MatériauxSection 8.1 sauf 8.1.3.1 et 8.1.3.2

Sections 8.2, 8.3

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* Quelques chiffres...- aux USA, ½ tonne d’acier est

détruit à chaque heure par la corrosion - dans les pays industrialisés, le coût de la corrosion s’élève à environ 4% du P.N.B.

* La dégradation dépend...- du type de matériau

- de l’environnement dans lequel se trouve ce matériau

Dégradation des métaux(corrosion)

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Exemples de corrosion des barres d’armature métalliques dans le cas de ponts.

La corrosion est grandement accélérée par l’utilisation de sels de déglaçage

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RAPPEL

Réaction d’oxydo-réduction

oxydation: M Mn+ + né anode

réduction: Mn+ + né M cathode

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Potentiel électrochimique

* Exemple plonger deux métaux (Cu et Fe) dans une solution acide

mesure d’une différence de potentiel

électrolyte

électrodes

Eddp

d’où vient-elle ?

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* Dissolution- dans le métal excès de

charges -

- dans l’électrolyte excès de charges +

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* Dissolution

Potentiel entre le métal et l’électrolyte loi de Nerst E E

RT

nFaO M n ln

E f T M n ,

+ + + + +

- - - - - {

doub

le c

ouch

e

une accumulation de chargescréent une tension

Vidéo 8.3

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* Potentiel d’équilibre- donne la tendance de dissolution d’un

métal - mesuré p/r à une électrode de référence (H)

tend

ance

à p

asse

r en

sol

utio

n -

+

mét

aux

nobl

esm

étau

x ac

tifs

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Potentiel standards

* Exemple d’un système composé de deux électrodes

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Potentiel standards

* En résuméChaque métal a une tendance à la dissolution qui lui est propre;

Pour deux métaux différents, celui qui aura la plus forte tendance à la dissolution sera l’anode.

Anode Cathodedissolution dépositionoxydation réduction

* Exemple 2 : Fe-Cu??? 0,78 V

anode cathode

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Réactions électrochimiques

* à l’anode (perte d’é-)

- réaction simple : dissolution du métal

* exemple : Fe Fe2+ + 2e

* à la cathode (gain d’é-)

- plusieurs cas sont possibles, selon le type d’électrolyte

M M nen nombre d’électrons de valence

Milieu acide

Milieu neutreou basique

sans O2 dissout

avec O2 dissout

avec O2 dissout

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Réactions électrochimiques à la cathode

* Milieu acide (sans O2 dissout)

- dégagement d’hydrogène gazeux - exemple : Fer dans HCl

Le fer donne des électrons aux ions H+

(transfert des é- du métal aux ions)

2 2 2H e H gazeux ( )

Vidéo 8.1

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* Milieu acide (avec O2 dissout)

- exemple : Fer dans HCl (avec O2 dissout)

Le fer donne des électrons aux ions H+ et à l’O2

(transfert des é- du métal aux ions)

O H e H O2 24 4 2

Vidéo 8.2

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* Milieu neutre ou basique (avec O2 dissout)

- exemple : la rouille (milieu neutre)

O H O e OH2 22 4 4

2 4 2 2Fe OH Fe OH

2 2 21

2 22 3Fe OH H O O Fe OH

Fe2+

OH-

é-

Feranode

cathode

hydroxyde ferreux(instable)

hydroxyde ferrique(rouille)

Vidéo 8.2b

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Réactions électrochimiques (résumé)

* à l’anode (perte d’é-)

* à la cathode (gain d’é-)

M M nen

Milieu acide

Milieu neutreou basique

Dépôt métallique

sans O2 dissout

avec O2 dissout

avec O2 dissout

2 2 2H e H gazeux ( )

O H e H O2 24 4 2

O H O e OH2 22 4 4

M e M

Solution avec ions métalliques Vidéo 8.2c

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Cinétique de la corrosion

* Vitesse de corrosion - ne dépend pas du potentiel entre les électrodes, mais plutôt du courant de corrosion

V f E

V f i

corrosion

corrosion corr

m

A i t

n Fcorr

* Courbe de polarisation - variations de potentiel aux électrodes

* Passivation - couche passive qui protège le matériau.

Cette couche peut disparaître (ex. changement de pH, attaque des Cl-, érosion, etc..

Vidéo 8.9a

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Types de corrosion

* Corrosion uniforme - diminution d’épaisseur constante dans le temps (température donnée) - réactions électrochimiques - ex.: réservoirs, conduites, plaques, etc.

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* Corrosion galvanique - deux métaux différents en contact entre eux - le métal le moins noble devient anodique - série galvanique :

potentiel de dissolution

dans l’eau de mer

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La série galvanique montre la possibilité de corrosion entre deux métaux et non la cinétique (vitesse) de corrosion

De plus, cette série n’est valable que pour l ’eau de mer à 25°C...

Ex: à des températures > 70°C, la réaction s’inverse et, dans le couple fer-zinc, le fer devient l’anode !

On peut toutefois utiliser la série galvanique dans la plupart des cas dans l’eau douce aux températures normales

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EFFET DE SURFACE

Une très grande cathode par rapport à une petite anode engendrera la corrosion très rapide de cette dernière...

Ex. boulons en alliage d’aluminium dans une tôle d’acier inoxydable....

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* Corrosion galvanique (suite)

- exemple : raccordement de tuyauterie

jointsd’étanchéité

- exemple 2 :phases différentesd’un même matériau

Types de corrosion

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Types de corrosion* Pile de concentration

- variation du milieu environnant- ex.: pile à oxygène les surfaces à

basse concentration en O2 sont anodiques

eau stagnante

marée et variation d’O2

goutte d’eau

Vidéo 8.26

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* Corrosion par piqûre- attaque localisée : percement du métal

- endroits : * défauts de surface* dépassivation (ex.: attaque

des ions Cl-)

- attaque en profondeur, même si faible perte de masse --difficile à déceler

métal

Types de corrosion

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ZONES AYANT SUBI DES DÉFORMATIONS PLASTIQUES IMPORTANTES

Dans un même matériau, ces zones de déformation se comporteront comme des anodes...

Ex. Barre pliée, matériaux écrouis localement, etc...

Autres types de corrosion

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ZONES DE GRADIENTS THERMIQUES

Dans un même matériau, un gradient thermique peut favoriser la corrosion, la zone froide devenant l’anode


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CORROSION PAR ÉROSION

Dans un même matériau, la turbulence créée par l’écoulement rapide d’un liquide peut engendrer une corrosion localisée (action à la fois mécanique et électrochimique)


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Lutte contre la corrosion

* Choix des matériaux- si possible, choisir des matériaux stables, pour éviter les micropiles

- exemple béton armé : barres d’armature en matériaux composites ($$$)

* Conception

- éviter les couples galvaniques isoler électriquement les métaux- éviter les interstices (corrosion caverneuse)- éviter les eaux stagnantes- éviter les changements brusques de section (corrosion par

érosion) - rapport des surfaces des électrodes plus la cathode est grande p/r à l’anode, plus l’annode se corrode rapidement (ex.: boulons et rivets)

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* Conception (suite)- exemples

eaux stagnantes

joint trop petitet changement brusque de direction


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* Action sur le milieu

(a) diminution de la teneur en O2 pour minimiser la réaction à la cathode

(b) addition d’inhibiteurs de corrosion

- inhibiteurs cathodiquesralentir la réaction à la cathode

- inhibiteurs anodiques (passivateurs)- film mince sur la pièce à protéger

- élévation du potentiel de corrosion jusque dans le domaine de passivité


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* Revêtements

- isoler le matériau de l’électrolyte- revêtement continu et adhérent à la surface à protége

- types de revêtement


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* Revêtements (suite)

(a) revêtements métalliques- application d’une couche de métal sur le matériau à protéger

- la couche protectrice sera anodique ou cathodique

1- protection parrevêtement anodique

ex.: Zn sur acier(tôles galvanisées)

le Zn sert d’anode et se dégrade à la place de l’acier

2- protection parrevêtement cathodique

ex.: Cr sur acier(pare-chocs, robinets)

le Cr sert de cathode et l’acier se dégrade s’il y a discontinuité de la couche protectrice

1

2


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* Revêtements (suite)(b) revêtements non-métalliques

- inorganique* émail

* ciment et béton - organique

* peintures* huiles,

goudrons * graisses

(c) revêtements chimiques

- modifier chimiquement la surface des métaux

* phosphatation* oxydation


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* Protection électrochimique

(a) protection anodique- augmentation du potentiel de corrosion de façon à ce qu’il

se situe dans la zone passive- uniquement les métaux passivables

- énergie électrique nécessaire

protection anodique

protection cathodique


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Lutte contre la corrosion* Protection électrochimique (suite)

(b) protection cathodique (le métal à protéger devient une cathode)1- protection par anode sacrificielle

- couplage du métal à protéger avec un moins noble- corrosion galvanique de l’anode- dans le cas de l’acier, on utilise

des anodes de Zn ou de Mg- ex.: bateaux, canalisations, réservoirs d’eau

on doit changer les anodes périodiquement

anod

e sa

crif

icie

lle

(Mg)

2- protection par courantextérieur imposé

- on impose un courantextérieur de façon à ceque le métal à protéger devienne une cathode

- anode inerte (ex.: graphite)- ex.: réservoir sous terre

on doit appliquer un courant permanent

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Résistance à la corrosion

Pour information...

tiré de : Dieter LandoltTraité des matériaux12. Corrosion et chimie de surfaces des métauxPresses Polytechniques et Universitaires Romandes1993

Documents

4.2.2 Corrosion