Corrosion

Dégradation des métaux
Les propriétés
des matériaux
Tenue en service des matériaux
LA CORROSION
Dégradation des métaux
Dégradation des métaux
(corrosion)
Tenue en service des matériaux
* Quelques chiffres...
- aux Etats unis, 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
Tenue en service des matériaux
Dégradation des métaux
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
Dégradation des métaux
RAPPEL
Tenue en service des matériaux
Réaction d’oxydo-réduction
oxydation: M Mn+ + né
anode
réduction: Mn+ + né  M
cathode
Dégradation des métaux
Potentiel électrochimique
* Exemple
Tenue en service des matériaux
plonger deux métaux (Cu et Fe) dans une
solution acide
 mesure d’une différence de
potentiel
E
ddp
électrolyte
électrodes
d’où vient-elle ?
Dégradation des métaux
Potentiel électrochimique
* Dissolution
- dans le métal
 excès de charges -
Tenue en service des matériaux
- dans l’électrolyte  excès de charges +
Dégradation des métaux
Potentiel électrochimique
double couche
* Dissolution
Tenue en service des matériaux
une accumulation de charges
créent une tension
+++++
- - - - -
{
Potentiel entre le métal et l’électrolyte
 loi de Nerst
E  E 
O
E  f
RT
ln a M n
nF
T ,  M
n

Dégradation des métaux
Potentiel électrochimique
* Potentiel d’équilibre
+
métaux nobles
-
métaux actifs
tendance à passer en solution
Tenue en service des matériaux
- donne la tendance de dissolution d’un métal
- mesuré p/r à une électrode de référence (H)
Dégradation des métaux
Potentiel standards
Tenue en service des matériaux
* Exemple d’un système composé de deux électrodes
Dégradation des métaux
Potentiel standards
* En résumé
Chaque 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.
Tenue en service des matériaux
Anode
dissolution
oxydation
Cathode
déposition
réduction
* Exemple 2 : Fe-Cu
??? 0,78 V
anode
cathode
Dégradation des métaux
Réactions électrochimiques
* à l’anode
(perte d’é-)
- réaction simple : dissolution du métal
M  M
n
 ne
nombre d’électrons de valence
Tenue en service des matériaux
* exemple : Fe  Fe2+ + 2e
* à la cathode
(gain d’é-)
- plusieurs cas sont possibles, selon le type d’électrolyte
Milieu acide
sans O2 dissout
avec O2 dissout
Milieu neutre
ou basique
avec O2 dissout
Dégradation des métaux
Réactions électrochimiques à la cathode
* Milieu acide
(sans O2 dissout)
Tenue en service des matériaux
- dégagement d’hydrogène gazeux
- exemple : Fer dans HCl
Le fer donne des électrons
aux ions H+
(transfert des é- du métal aux ions)
2 H   2e  H2 ( gazeux)
Dégradation des métaux
Réactions électrochimiques à la cathode
* Milieu acide
(avec O2 dissout)
- exemple : Fer dans HCl (avec O2 dissout)
Tenue en service des matériaux
Le fer donne des électrons
aux ions H+ et à l’O2
(transfert des é- du métal aux ions)
O2  4 H   4e  2 H2 O
Dégradation des métaux
Réactions électrochimiques à la cathode
* Milieu neutre ou basique
(avec O2 dissout)
O2  2 H2 O  4e  4OH 
Tenue en service des matériaux
- exemple : la rouille (milieu neutre)
2 Fe   4OH   2 Fe OH  2
hydroxyde ferreux
(instable)
2 Fe OH  2  H O  1 2 O  2 Fe OH  3
2
2
hydroxyde ferrique
(rouille)
Fe2+
OHFer
cathode
anode
é-
Dégradation des métaux
Réactions électrochimiques (résumé)
* à l’anode
(perte d’é-)
* à la cathode
(gain d’é-)
Tenue en service des matériaux
Milieu acide
M  M n   ne
sans O2 dissout
2 H   2e  H2 ( gazeux)
avec O2 dissout
O2  4 H   4e  2 H2 O
Milieu neutre
ou basique
avec O2 dissout
O2  2 H2 O  4e  4OH 
Solution avec ions métalliques
Dépôt métallique
M

e M
Dégradation des métaux
Cinétique de la corrosion
* Vitesse de corrosion
Tenue en service des matériaux
ne dépend pas du potentiel entre les électrodes, mais plutôt
du courant de corrosion
Vcorrosion  f  E 
A  icorr  t
m
Vcorrosion  f icorr 
n F
* 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..
Dégradation des métaux
Types de corrosion
* Corrosion uniforme
Tenue en service des matériaux
- diminution d’épaisseur constante dans le temps (température
donnée)
- réactions électrochimiques
- ex.: réservoirs, conduites, plaques, etc.
Dégradation des métaux
* Corrosion galvanique
Tenue en service des matériaux
- deux métaux différents en contact entre eux
- le métal le moins noble devient anodique
- série galvanique :
potentiel de
dissolution
dans l’eau de mer
Dégradation des métaux
La série galvanique montre la possibilité de corrosion
entre deux métaux et non la cinétique (vitesse) de
corrosion
Tenue en service des matériaux
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
Dégradation des métaux
EFFET DE SURFACE
Une très grande cathode par rapport à une petite anode
engendrera la corrosion très rapide de cette dernière...
Tenue en service des matériaux
Ex. boulons en alliage d’aluminium dans une tôle d’acier
inoxydable....
Dégradation des métaux
Types de corrosion
* Corrosion galvanique (suite)
Tenue en service des matériaux
- exemple : raccordement de tuyauterie
joints
d’étanchéité
- exemple 2 :
phases différentes
d’un même matériau
Dégradation des métaux
Types de corrosion
* Pile de concentration
eau stagnante
- variation du milieu environnant
- ex.: pile à oxygène  les surfaces à basse
concentration en O2
sont anodiques
Tenue en service des matériaux
marée et variation d’O2
goutte d’eau
Dégradation des métaux
Types de corrosion
* Corrosion par piqûre
- attaque localisée : percement du métal
- endroits : * défauts de surface
Tenue en service des matériaux
* dépassivation (ex.: attaque des ions Cl-)
- attaque en profondeur, même si faible
perte de masse
--difficile à déceler
métal
Dégradation des métaux
Autres types de corrosion
ZONES AYANT SUBI DES DÉFORMATIONS
PLASTIQUES IMPORTANTES
Dans un même matériau, ces zones de déformation se
comporteront comme des anodes...
Tenue en service des matériaux
Ex. Barre pliée, matériaux écrouis localement, etc...
Dégradation des métaux
Autres types de corrosion
ZONES DE GRADIENTS THERMIQUES
Tenue en service des matériaux
Dans un même matériau, un gradient thermique peut
favoriser la corrosion, la zone froide devenant l’anode
Dégradation des métaux
Autres types de corrosion
CORROSION PAR ÉROSION
Tenue en service des matériaux
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)
Dégradation des métaux
Lutte contre la corrosion
* Choix des matériaux
- si possible, choisir des matériaux stables, pour éviter les
micropiles
Tenue en service des matériaux
- 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)
Dégradation des métaux
Lutte contre la corrosion
* Conception (suite)
Tenue en service des matériaux
- exemples
joint trop petit
et changement brusque de direction
eaux stagnantes
Dégradation des métaux
Lutte contre la corrosion
* Action sur le milieu
(a) diminution de la teneur en O2 pour minimiser la réaction à la
cathode
Tenue en service des matériaux
(b) addition d’inhibiteurs de corrosion
- inhibiteurs anodiques (passivateurs)
 - film mince sur la pièce à protéger
- élévation du potentiel de corrosion
jusque dans le domaine de passivité
- inhibiteurs cathodiques
ralentir la réaction à la cathode
Dégradation des métaux
Lutte contre la corrosion
* Revêtements
Tenue en service des matériaux
- isoler le matériau de l’électrolyte
- revêtement continu et adhérent à la surface à protége
- types de revêtement
Dégradation des métaux
Lutte contre la corrosion
* Revêtements (suite)
(a) revêtements métalliques
- application d’une couche de métal sur le matériau à protéger
- la couche protectrice sera anodique ou cathodique
Tenue en service des matériaux
1- protection par
revêtement anodique
ex.:
Zn sur acier
(tôles galvanisées)
 le Zn sert d’anode et se
dégrade à la place de
l’acier
2- protection par
revêtement 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
Dégradation des métaux
Lutte contre la corrosion
* Revêtements (suite)
Tenue en service des matériaux
(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
Dégradation des métaux
Lutte contre la corrosion
* Protection électrochimique
(a) protection anodique
Tenue en service des matériaux
- 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
Dégradation des métaux
Lutte contre la corrosion
* Protection électrochimique (suite)
Tenue en service des matériaux
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
anode sacrificielle (Mg)
(b) protection cathodique (le métal à protéger devient une cathode)
2- protection par courant
extérieur imposé
- on impose un courant
extérieur de façon à ce
que le métal à protéger
devienne une cathode
- anode inerte (ex.: graphite)
- ex.: réservoir sous terre
 on doit appliquer un courant permanent
Dégradation des métaux
Résistance à la corrosion
Tenue en service des matériaux
Pour information...
tiré de :
Dieter Landolt
Traité des matériaux
12. Corrosion et chimie de surfaces des métaux
Presses Polytechniques et Universitaires Romandes
1993