LA CORROSION DES MÉTAUX - - librairie ...· La protection des métaux et alliages contre la corrosion

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  • LA CORROSION DES MTAUX

  • Bernard Baroux

    LA CORROSION DES MTAUXPassivit et corrosion localise

    Prfaces de Yves Brchet et de Jacques Charles

  • Dunod, Paris, 2014ISBN 978-2-10-070546-7

  • Prface de Yves BrchetMembre de lAcadmie des sciences,

    Haut commissaire lnergie atomique

    La corrosion est la mauvaise conscience du mtallurgiste, le prix payer pour ce gaz d lectrons libres qui assure la cohsion mtallique et les proprits attrac-tives des mtaux.

    Concevoir une pice revient non seulement assurer des proprits d usage, mais encore garantir une dure d utilisation. Cette dure de vie est souvent li-mite par les interactions avec l environnement chimique, d o l importance de la corrosion dans des domaines aussi varis que l automobile, l aronautique, le nuclaire, le gnie chimique ou le gnie civil. On pourrait crire un trait de cor-rosion partir des situations dans lesquels le phnomne est d une importance centrale, et Bernard Baroux, un de nos meilleurs spcialistes du domaine et un des rares qui ait une vision comparative des diffrents matriaux et une double culture industrielle et acadmique, 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 prfre aider retrouver plutt que forcer retenir. Il a donc choisi de revenir aux mcanismes de base pour en donner une prsentation clairante et structure. C est clairement la bonne approche pour qui veut inventer, aussi bien du point de vue acadmique que du point de vue applicatif. C est aussi celle qui permet des fertilisations croises entre disciplines.

    Trop souvent les mtallurgistes et les corrosionnistes s ignorent mutuelle-ment. Les uns considrent la corrosion comme une plaie qui demande certes un remde, mais un remde que l on apporte par une protection a posteriori ou une mfiance a priori. Les autres sont persuads que l on a tout dit d un alliage quand on a donn sa composition et de sa tenue la corrosion quand on a spcifi le milieu. Et chacun campe sur ses positions. L importance indus-trielle de la question a en quelque sorte, quelque peu retard l mergence d une science des matriaux en ambiance corrosive qui traiterait conjointement de la microstructure et des mcanismes de corrosion pour dvelopper de nouveaux alliages, avec de nouvelles microstructures qui soient mieux adapts aux envi-ronnements chimiquement agressifs se surimposant aux autres contraintes de

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  • fonctionnement. Tout comme dans le cas d un autre Yalta des matriaux, le frottement et l usure, la ncessit de qualifier les matriaux, a trop souvent pris le pas sur le besoin de comprendre les mcanismes . L une est indis-pensable la mise en uvre des matriaux disponibles, l autre est ncessaire pour dvelopper les matriaux innovants. On ne peut que se rjouir d avoir vu merger depuis quelques annes une communaut scientifique dynamique qui s est saisie de cette ncessit de rapprocher mtallurgie et lectrochimie et qui se reconnaitra dans cet ouvrage.

    En apportant une prsentation claire et concises des concepts de base (acidobasi-cit et ractions lectrochimiques, couche passive, bicouches lectriques, cran-tage de Debye-Huckel, etc.) s appuyant exclusivement sur la thermodynamique et la physicochimie qui sont, ou devraient tre, le socle commun de toute forma-tion dans le domaine des matriaux, Bernard Baroux fait uvre de passeur. Dcoulent tout naturellement les notions de stabilit des couches passives, les cintiques de dissolution de Butler-Volmer, les diagrammes de Pourbaix, etc. La distinction entre les aspects thermodynamiques et les aspects cintiques devient transparente, le rle du pH ou des ions Chlore, ou encore le courant de passiva-tion, cessent de relever de la magie noire pour le mtallurgiste. Inversement, le cours compact et efficace sur la mtallurgie des aciers inoxydables et la gense de leur microstructure, directement intgr dans le chapitre sur la passivit rendent moins sibyllin pour l lectrochimiste les arcanes de la mtallurgie et le rle des joints de grains et des inclusions dans la corrosion localise.

    Ce livre, abondamment illustr d exemples, est de ceux-l mme qui incite regarder en dehors des chemins battus, il plaira aux corrosionnistes qui aime-raient mieux comprendre la mtallurgie, et aux mtallurgistes qui souhaiteraient entrer en corrosion. Il plaira tous ceux pour qui il n est pas indispensable d tre inutile pour tre fondamental. Il arrive point nomm au moment o les exigences accrues des cahiers des charges, en termes de dimensionnement et de durabilit, donnent un avantage majeur ceux qui sauront concevoir des alliages innovants sur ceux qui se contenteront de reconduire les solutions prouves.

    Yves Brchet

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    Prface de Yves Brchet

  • Prface de Jacques CharlesSocit APERAM, Directeur gnral en charge de linnovation,

    de la recherche et du dveloppement

    La corrosion sous toutes ses formes constitue un enjeu majeur pour nos civilisa-tions industrielles pour plusieurs raisons. Son impact conomique, prenant en compte le cot engendr par les dgradations et le remplacement des quipe-ments hors d usage, a t valu 3% du PIB. En outre, la matrise des proces-sus de dgradation des matriaux permet de rduire significativement les cots d entretien des installations. Par ailleurs, les consquences directes ou indirectes de la corrosion peuvent impacter durablement notre environnement et notre sant. Par exemple, les consquences de la rupture de composants dans les in-dustries ptrole/gaz, ou dans les installations chimiques, ont malheureusement aliment maintes reprises les rubriques dommages majeurs de notre co-systme plantaire. Plus proche de chacun, nos ustensiles de cuisson doivent tre conus pour viter des relargages d lments pouvant influer sur notre sant. Enfin, la rsistance la corrosion est devenue un impratif pour le dveloppe-ment de la plupart des technologies nouvelles.

    La protection des mtaux et alliages contre la corrosion peut se faire en suivant plusieurs approches:

    optimisation de la slection des matriaux, dans une offre de nuances tou-jours plus vaste;

    protection cathodique ou usage d anodes sacrificielles (protection galva-nique, galvanisation);

    introduction de barrires de protection: peintures, revtements organiques ou inorganiques dposs, ou plus simplement;

    passivation directe du matriau par son environnement.

    C est sur cette dernire approche que cet ouvrage met principalement l accent. Pour certaines conditions en service, certains matriaux (comme les aciers inoxy-dables) ont la facult de crer l interface mtal solution, une couche ultramince dite passivante, qui limite considrablement la dissolution ultrieure du mtal, le rendant quasi insensible la corrosion. De surcroit, dans les conditions optimales

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  • d emploi, cette couche est capable de se reconstituer en cas d endommagement sous l effet d une agression externe, par exemple de nature mcanique. On com-prend tout l intrt que reprsente la raction de passivation pour un ingnieur et la ncessit d en maitriser les mcanismes.

    Malgr son importance, l approche scientifique de ces mcanismes a cependant t trop souvent nglige par le monde industriel, la corrosion ayant bien long-temps t considre comme un mal ncessaire ou, au mieux, un art rserv quelques initis. Ce n est qu avec le dveloppement d outils d investigations performants, d analyse microscopique des mtaux et de leurs surfaces ainsi que des techniques lectrochimiques d tude du comportement des matriaux im-mergs en solution corrosive, que cette approche a t rendue possible. L tude de la tenue la corrosion des mtaux et alliages est alors passe d une approche empirique une approche scientifique, prenant en compte la comprhension fine des mcanismes, la lumire des progrs raliss dans la connaissance physico- chimique des matriaux et leur examen l chelle atomique.

    C est dans cet esprit, en conjuguant mtallurgie et lectrochimie, que l auteur a construit la majorit de sa carrire industrielle et scientifique. Le refus de l ac-ceptation de recettes, et au contraire, la volont (certains disent la rage) de la re-cherche du pourquoi et du comment le caractrisent. cette fin, il n a pas hsit dvelopper des techniques exprimentales nouvelles et tudier les synergies potentielles nes des additions combines de plusieurs lments d alliages dans les aciers inoxydables. Il a galement tudi l impact sur la tenue la corro-sion, non seulement du film passivant, mais aussi de la structure sous-jacente de l alliage (crouissage, recristallisation, joints de grains, inclusions). Sa carrire dbute comme chercheur industriel en charge de la mtallurgie, puis de la tenue la corrosion, au centre de recherches d Ugine, et se poursuit ensuite comme professeur l Institut National polytechnique de Grenoble. Ce double parcours l a conduit participer activement au dveloppement de nuances inoxydables performantes et dvelopper des thories scientifiques expliquant les mca-nismes de dgradation possibles, plus particulirement en corrosion localise, pour enfin enseigner sa comprhension de ces mcanismes aux lves ing-nieurs. C est donc une approche globale, intgrant la comprhension des routes mtallurgiques pour la production d aciers inoxydables industriels, l exprience de cas de corrosion rencontrs par les utilisateurs, l exprimentation de labora-toire et la modlisation des processus de corrosion qui caractrisent le chemi