Q-R Chimie - WordPress.com

CHIMIE : REPONSES AUX QUESTIONS DES EXAMENS- 2ème
QUADRIMESTRE.
I. De la combustion à la corrosion atmosphérique.
II.
III.
IV.
V.
VI.
De l’équilibre calco-carbonique à la corrosion des conduites.
De l’humidité des matériaux à la corrosion des maçonneries.
Du potentiel électrochimique à la corrosion galvanique.
Des lois de la dilatation à la corrosion par dilatation différentielle.
De la pression osmotique à la purification par osmose inverse.
1
1. Objectif énergétique chaudière à condensation ? (Page 73)
Récupérer les plus ou moins 10% d’énergie supplémentaire en refroidissant
d’avantage la t° de l’eau à l’état de vapeur résultant de la combustion.
Après la combustion complète d’un combustible, on trouve dans les produits de la
combustion de la vapeur d’eau (issue de la combustion de l’hydrogène du
combustible) qui peut soit rester à l’état de vapeur, soit se condenser
(changement d’état donc libération d’énergie) à l’état liquide en vue d’en tirer la
chaleur complémentaire de condensation.
2. Quel est le but d’une chaudière à condensation, sa technologie, et pourquoi
rares sont celles équipée d’un brûleur fuel ?
But : produire de la chaleur et récupérer 10% d’énergie supplémentaire.
Techno : Combustion : combinaison entre combustible et oxygène de formule
générale CxHy (=combustibles ; ils contiennent principalement des hydrocarbures
(combinaisons multiples de carbones et d’hydrogènes)).
Augmentation de la surface du radiateur pour refroidir d’avantage la température
de l’eau. Chauffage à basse température pour ramener l’eau du radiateur à la
plus basse température et provoquer la condensation des fumées.
Réponse : Cause de risque de corrosion (si chaudière à mazout par exemple) dû
à la présence de souffre capable de former de l’acide sulfurique sur les conduits
des fumées. SO3 + H2O H2SO4.
2
3. Une chaudière se met à rouiller tout particulièrement dans sa partie
inférieure, à l’endroit où un dépôt s’est formé : (Pages 75 et 97)
 Mécanisme de formation de rouille ?
Mécanisme : c’est une corrosion
galvanique, par aération différentielle :
Mis en contact avec de l’eau, le fer va
faiblement se dissoudre sous la forme d’un
ion positif Fe++, et libérer ainsi deux
électrons.
Il envoie donc dans la solution des cations
(fe++) et la barre de fer se charge alors
d’électicité négative.
Si l’eau est partiellement ionisée (robinet)=
H2OH(+) + OH (-)
Une certaine quantité d’ions H+ va donc réagir
sur une partie de métal, en récupérant les
électrons libérés par la dissolution du fer. Ainsi,
ils vont former de l’hydrogène gazeux : 2H(+) + 2e(-)  H2.
Corrosion = circulation d’électrons. Le Fe dissous constitue l’anode (car il est
positif) et l’H qui récupère les électrons constitue la cathode (négative)
(O2 H2O)
Equation : Fe
Fe2O3 + Fe(OH) 2 + Fe (OH) 3 (ces deux derniers
oxydes hydratés forment la rouille).
 Pourquoi plus particulièrement sous un dépôt ? (Page 97)
Les zones sous les couches de dépôt (résidus de montage, sédiments présents
dans l’eau (sable, argile),…) au fond d’une chaudière sont des zones très
faiblement aérées. Ces zones constituent les anodes, alors que les zones aérées
deviennent les cathodes (Evans).
Il se produit donc une corrosion par aération différentielle.
Lorsqu’un matériau métallique plonge dans un milieu dont les teneurs en oxygène
sont différentes, il apparaît un courant électrique. La plaque la moins aérée se
dissous dans le milieu et libère des électrons. Cette corrosion par aération
différentielle se rencontre dans les installations de chauffage : les zones sous une
couche de boue au fond d’un radiateur ou d’une chaudière (faiblement aérées)
constituent des anodes, alors que les zones soumises à un débit plus élevé
(fortement aérées) deviennent des cathodes.
Le courant électrique formé, entrera par la borne négative (la cathode) et sortira
par la borne positive (l’anode) où aura lieu la corrosion.
 Comment diminuer le risque de corrosion ?
L’usage d’un filtre à l’entrée du réseau, un filtre avec un pouvoir de rétention de
25 à 50 microns.
3
4. Risque d’intox par le monoxyde de carbone ?
Le monoxyde de carbone est un gaz inodore qui va se fixer sur l’hémoglobine
après être respiré, à la place de l’oxygène. Il va ainsi empêcher le transport de
l’oxygène vers les cellules. 0,2% de CO dans l’air suffit à entrainer une mort
après une demi-heure.
Un risque de formation d’un équilibre qui se forme entre l’aspiration des fumées
par la hotte et le tirage thermique de la chaudière :
Dans ce cas, l’air devient +/- immobile.
Il n’y a plus d’apport d’air frais.
 Donc insuffisance d’oxygène.
Et il se fait une combustion incomplète qui se traduit par la production d’imbrûlé
ou d’éléments partiellement oxydés comme le CO.
Equation : C + O2 = CO2 mais C+O2 = CO défaut d’O2 = monoxyde de carbone
= intoxication dans le cas d’une chaudière murale placée dans une cuisine
équipée d’une hotte d’aspiration. (donc retour des sens de fumées)
Solutions : placement d’appareils (chaudières) à ventouses étanches (étanche =
ne prend aucun air local et aucune fumée ne passe vers le local/ elle prend son
air de combustion à l’extérieur (prise d’air placée dans le mur extérieur)). Elle
utilise cet air pour réaliser la combustion, ensuite elle rejette ses fumées vers
l’extérieur (tuyau double concentrique).
On parle de chaudière « étanche » dans la mesure où elle ne prend aucun air du
local et où aucune fumée ne peut passer par celui-ci.
5. On construit rarement des chaudières à condensation alimentées au fuel,
suite à un risque de corrosion. Lequel et pourquoi ? Donner la(les)
réaction(s) chimique(s) qui peut (peuvent) se produire.
Risque de corrosion : car présence de souffre dans le fuel et risque de formation
d’acide sulfurique sur les conduits de fumées et sur l’échangeur: SO3 + H2O =
H2SO4
Il faudrait aussi traiter les condensats avant leur rejet.
De plus, lorsque la température d'eau de retour se situe à la limite permettant la
condensation des fumées, la quantité d'eau condensée est faible mais sa
concentration en acide sulfurique est très élevée, ce qui est fort dommageable
pour l'échangeur. La condensation au fuel est donc possible dans le cas d’une
eau de chauffage à très faible température permanente (piscine par exemple)
L’acide formé, au contact d’un métal plus électropositif que l’hydrogène (métal
des conduits de fumées par exemple), formera un sel et provoquera l’élimination
de l’hydrogène gazeux. Après le passage de la pluie, les sels formés étant
solubles disparaitront et permettront à la corrosion de se poursuivre.
Il y aura donc corrosion des conduits de fumées.
4
6. Les sels de cuivres sont ils corrosifs pour les matériaux en zinc ?
Oui : car en classant les métaux suivant leur potentiel REDOX on constate que le
cuivre ne sera oxydé par aucun sel métallique mais que l’aluminium se fera
corroder par tous les sels des métaux au dessus de lui. (Ordre décroissant : Cu,
Pb, Fe, Zn, Al)
OXY
CU (++) + 2e-  CU
Zn (++) + 2e-  Zn
RED
Le cuivre est plus oxydant que le Zinc, il va donc se faire oxyder par celui-ci.
Donc oui, ils sont corrosifs.
 Appliquer en détaillant la réaction :
CuSO4 + Zn 
Cu (++) + 2e-  Cu
Zn  Zn (++) + 2eCu(++) + 2e- + Zn  Cu + Zn (++) + 2eCuSO4 + Zn  Cu + Zn (SO4)
7. Réaction entre l’hydroxyde de potassium contenu dans le ciment et le
sulfate de calcium de la brique peut entraîner des efflorescences,
expliquer : (Pages 89-90)
Efflorescences= traces blanchâtres provoquées par la cristallisation des sels
dissous par l’eau évaporée.
L’eau présente dans les matériaux dissous certains sels présents dans les
briques (ciment,…) insuffisamment cuites, présence de sulfates, surtout de
CaSO4 (sulfate de Calcium). L’eau migre par capillarité jusqu’à une surface
ventilée où elle s’évapore, provoquant la cristallisation des sels dissous
(efflorescence).
Présence de NaOH et de KOH dans les ciments qui, au contact de l’air,
donneront des carbonates de sodium et de potassium très solubles dans
l’eau Il peut y avoir réaction entre les composants de la brique (CaSO4) et du
mortier (ciment; KOH) :
CaSO4 + 2KOH  K2SO4 + Ca(OH) 2
Joints efflorescents!
5
8. Expliquer les efflorescences résultant de l’interaction entre CaSO4 et le
KOH dans une maçonnerie ? Comment résoudre ce problème ?
La présence de NaOH et de KOH dans les ciments, au contact de l’air donnera
des carbonates de sodium et de potassium très solubles dans l’eau présente
dans les matériaux ; l’eau migre par capillarité jusqu’à une surface ventilée où elle
s’évapore, provoquant la cristallisation des sels dissous. Des traces blanchâtres,
appelées efflorescences, apparaissent alors en surface des maçonneries.
2 NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
2 KOH + CO2 = K2CO3 + H2O
Réaction entre composants de la brique et du mortier :
CaSO4+ 2 NaOH  Na2SO4 + Ca (OH)2
Brique
Mortier
Sel
+ Base forte

Sel
+ Base faible
Ici, dans l’interaction entre CaSO4 et KOH, on aura :
CaSO4 + 2KOH  K2SO4 + Ca (OH)2
Problème esthétique sans danger.
Remède : A défaut d’une dissolution suffisante par l’eau de pluie, dissolution à
l’esprit de sel HCl dilué à 10%.
Préventions : Ecarter les briques mal cuites,
Si les briques sont très sèches, légèrement les mouiller en surface
avant la pose, avant d’éviter une trop grande absorption de l’eau du
ciment par capillarité dans la brique.
Eviter les briques sur champ.
Placer des couvres murs protecteurs avec rejets d’eau.
Placer des barrières étanches au bas des maçonneries.
9. Des sels de zinc ZnSO4 formés dans la corniche se déposent sur des
tuyauteries en plomb. Quelles en seront les conséquences en terme de
corrosion du plomb ?
Ordre décroissant du potentiel REDOX : Cu, Pb, Fe, Zn, Al.
Le plomb ayant un potentiel REDOX plus grand que celui du zinc il ne sera pas
oxydé par celui-ci car les réactions ne peuvent se produire que dans le sens où le
plomb monte d’étage d’oxydation, le plomb restera à l’état Pb.
6
10. Comment expliquez-vous que de la moisissure va beaucoup plus vite se
développer sur un plafonnage que sur un mur de briques ?
Plafonnage = pores très petit et donc l'hygroscopicité y est plus importante que
dans la brique (pores beaucoup plus gros).
En effet un matériau à pores fin absorbe une quantité importante d’humidité
hygroscopique, même à des taux d’humidité relative peu élevés.
L'eau étant présente en plus grande quantité dans le plafonnage, les moisissures
s'y développeront plus vite.
Car la migration de la vapeur d’eau au travers du mur extérieur sera lente car elle
ne peut se produire que par diffusion au travers des matériaux. Par contre, si la
toiture est composée d’une isolation en laine minérale, avec une finition de
planchettes emboîtées, le transport par convection entre ces planchettes mal
jointives sera très important, ce qui entraînera une condensation dans l’isolant
telle que celui-ci sera rapidement gorgé d’eau. Le placement d’un film pare
vapeur est impératif entre la finition et l’isolant. Une condensation superficielle de
longue durée ou répétée donne lieu dans des cas extrêmes à de la moisissure,
décollement de papier peint, formation de gouttelettes, …
11. Pourquoi l’association de tuyauteries en cuivre et de radiateurs en
aluminium est à proscrire pour une installation de chauffage ?
Cause de corrosion : Un métal situé plus bas dans la série (=dont le potentiel
d’électrode est faible) agira comme anode et celui plus haut se comportera
comme cathode lorsque les deux métaux sont en contact. Ainsi si l’aluminium et
cuivre sont mis en contact, l’aluminium, moins noble, constituera l’anode (pole
positif) d’où sortira le courant et où la matière se corrodera, alors que le cuivre,
plus noble, constituera la cathode (pole négatif).
Lorsque deux métaux sont mis en contact, une différence de potentiel électrique
apparait entre eux  couple galvanique est créé.
Une corrosion galvanique va s’enclencher et cette corrosion sera d’autant plus
forte que la différence de potentiel est forte.
Le cuivre et l’aluminium forment une pile très puissante : 2,015 V (CU : 0,345
AL : -1,67) car la différence de potentiel est très forte : Donc corrosion importante
de l’aluminium.
Voir Pages 98-99 : (4.3)
Phénomène REDOX, le potentiel oxydant du cuivre est plus important que celui
de l'aluminium
7
12. Un gestionnaire de bâtiment constate qu’il y a début de corrosion dans son
installation de chauffage. Il procède à des mesures qui donnent des
résultats suivant : pH = 7, THCa = 10 et TAC = 40 Que peut-il en déduire ?
Comment peut-il agir pour stopper la corrosion ? (Page 105-10)
THCa = Dureté calcique = 10 = mi-dure.
TAC= teneur en bicarbonate.
Le pH est de 7 : l’eau est à l’équilibre et n’aura tendance ni à dissoudre ni à
précipiter du carbonate de calcium.
Nous sommes en dessous de la courbe d’équilibre calco-carbonique de pH 7,25,
il n’y a pas beaucoup de calcaire, l’eau est donc corrosive (elle va ronger le
calcaire, le dissoudre, et mettre l’acier à nu par rapport à l’eaucorrosion).
Pour bien faire, l’eau doit être un minimum entartrante, on doit donc se situer
légèrement au dessus de la courbe d’équilibre calco-carbonique.
Il y a deux solutions possibles pour remédier à ce phénomène de corrosion :
 Soit augmenter ou réduire la teneur en calcaire (via l’adoucisseur)
 Soit faire bouger les courbes d’équilibre calco-carbonique (via le pH, degré
d’acidité de l’eau)
S’il y a déjà un adoucisseur, il fonctionne trop fort. Il faut diminuer son
fonctionnement.
Pour modifier l’acidité de l’eau, il faut mettre une base dans celle-ci.
8
13. Si l’eau présente dans le circuit de chauffage est renouvelée trop souvent,
la corrosion des tuyauteries et des radiateurs risque d’être accélérée.
Comment ? (Pages 96-97)
L’eau a tendance à dissoudre des gaz, tout particulièrement, l’eau se charge
naturellement d’oxygène, qui joue un rôle essentiel dans la corrosion.
Soit il se combine avec l’hydrogène H2.
2H+ +1/2O2 + 2e- H2O
(L’accumulation d’hydrogène protectrice est supprimée)
Soit l’oxygène peut capter lui-même des électrons et former des ions OHO2 + 2H2O + 4e-  4OH- qui eux se combinent avec le Fe++ pour former des
hydroxydes ferreux ou ferrique.
Fe (++) + 2OH-  Fe(OH)2
2Fe(OH) 2 + 1/2O2 + H2O  2Fe(OH3)
(rouille)
La corrosion continue alors sans empêchement. Voila ce qui arrive si l’eau du
chauffage est trop souvent renouvelée, tandis que si c’est toujours la même eau
qui tourne dans l’installation l’oxygène de départ n’entrainera pas de corrosion
durable on parle d’ « eau morte ».
En ajoutant de l’eau nouvelle on ajoute également de l’oxygène sachant que la
plupart des eaux contiennent de l’oxygène dissous. Cette teneur en oxygène
diminue si la température augmente mais augmente si la pression s’accroît. Cet
oxygène se combine avec l’hydrogène H2 pour former de l’eau=l’accumulation
d’hydrogène protectrice est supprimée…
Puis plus grave, l’oxygène peut capter lui-même les électrons et forme des ions
OH-, ceux-ci vont se combiner avec les Fe++ pour former des hydroxydes ferreux
et ferriques à savoir de la rouille ! Cette fois la pile et donc la corrosion continue
alors sans empêchements.
14. On dit : qu’une solution dont le pH est de 9 est une solution « basique »,
Qu’une base est un capteur d’ions H+ en solution.
Comment faites-vous le lien entre ces deux propositions ?
pH =7  eau neutre. Ajout d’une base, le pH augmente  solution basique
(pH>7)
H2O  H (+) + OH (-)
Acide Base
Lorsqu’on ajoute une base dans une solution, le pH augmente, il devient basique.
Puisque la base capte des ions H+, la solution se voit avec moins d’ions positifs,
elle a donc plus d’ions négatifs (basiques).
9
15. Un mur extérieur en briques forme « mur mitoyen » entre les terrasses
prolongeant deux habitations. Il ne présente pas ou peu de traces
apparentes d’humidité. Une véranda lui est ensuite adossée, véranda
prolongeant une des maisons. Le mur est alors revêtu d’un plafonnage.
Progressivement, on voit apparaître de l’humidité et de la moisissure au
pied de ce mur. Pouvez-vous interpréter l’origine de cette humidité et le
traitement possible ?
En fonction de la position de la tache d'humidité sur le mur, on peut déduire
l’origine de celle-ci :
- si c'est dans le bas (max 1m50) = remontée capillaire
- si c'est sur un coin = fuite de la corniche
- si c'est au milieu du mur = pluie ou condensation
Pour trancher si c'est pluie ou condensation?  Orientation du bâtiment? Estce l'eau de pluie qui est rabattue sur la façade? En Belgique: vent SO. Si la
tache est du coté NE cela ne peut pas être la pluie donc  condensation
Problème de capillarité:
Au départ: la tension superficielle  attraction entre molécules. Ca c'est ce
qu'on avait vu par rapport aux pores, le plâtre à des pores très fins donc peut
contenir beaucoup d'eau tandis que la brique à de gros pores donc retient
moins d'eau que le plâtre.
En revêtant le mur d’un plafonnage, l’air ambiant à l’intérieur de la véranda
augmente par rapport à l’air ambiant extérieur, ainsi la température du mur dans
sa face interne est plus chaude que sa face extérieure. Il y aura alors de la
condensation superficielle sur un élément de construction chaque fois que le
point de rosée de l’air ambiant est plus élevé que la température de surface de
l’élément de construction. La vapeur d’eau se déplaçant par diffusion au travers
du mur et car une condensation superficielle de longue durée ou répétée donne
lieu à un dépôt de poussières, marquant ainsi la zone froide on aura dans des
cas extrêmes, de la moisissure, des décollements de papier peint, entraîne la
formation de gouttelettes, la formation de rouille sur les parties métalliques, …
Traitement possible : appliquer un pare vapeur au dessus d’un isolant dans la
face intérieure du mur.
10
16. Voici le schéma d’une cuve en acier servant à la préparation d’eau chaude
sanitaire. Le fabricant y indique la présence d’une « anode de
magnésium » plongeant dans l’eau. (Pages 95-96)
 Qu’est ce que le potentiel électrochimique d’un corps ?
Le potentiel électrochimique d’un corps est le potentiel électrique qui existe entre
le métal et la solution de ses ions.
En effet lorsque l’eau est de très haute pureté (elle n’est pas ionisée), aucun
corps n’est susceptible de capter les électrons issus de la dissolution du corps.
Ce phénomène se poursuivra jusqu’à une valeur d’équilibre où le nombre de
charges électriques en présence (positives dans l’eau, négatives à la surface du
métal) créera un champ électrique suffisant pour bloquer la migration du corps
(ici, le magnésium).
Si l’eau est ionisée, même partiellement, une certaine quantité d’ions H+ vont
réagir sur une partie du métal en récupérant les électrons libérés par la
dissolution de celui-ci, et va former de l’hydrogène gazeux.
 Expliquez le rôle de ce magnésium?
Le magnésium va protéger la cuve en acier, de sorte que celle-ci ne se corrodera
pas. On parle de protection cathodique par anode sacrificielle. Entre le fer et le
magnésium, celui-ci sera le premier à se dissoudre et va donc libérer des
électrons, ces électrons qui vont migrer vers le fer vont le protéger car ils
l’empêcheront de s’oxyder. Si le magnésium se dissous d’abord, c’est parce que
sont potentiel électrochimique est plus faible que celui du fer, donc il constitue
l’anode. Il va jouer le rôle d’anode réactive (pole positif) et sera reliée à la cuve
par un fil bien isolé, celle-ci se corrodera et protégera ainsi la cuve jusqu’à ce
qu’elle soit entièrement rongée.
 Que se passera t il au bout de quelques années à propos de cette barre ?
Au bout de quelques années, la barre est complètement rongée et corrodée, il
faut alors la changer. Il faudra la remplacer suffisamment tôt pour éviter que le
réservoir ne devienne anode.
11
17. Quelles précautions faut-il prendre lors de la réalisation d’une véranda dont
les montants sont en aluminium, afin de résoudre les problèmes de
dilatation différentielle par rapport aux parois vitrées ? (Pages 115-116)
Il faut penser à un système de coulisse, de manière à laisser de la place pour
l’allongement de l’acier.
La différence de dilatation entre l’aluminium (alpha =24.10^-6/K) et le verre (alpha
= 8.10^-6/K). Il faut donc une fixation coulissante qui permettra la dilatation du
châssis en aluminium.
Les désordres peuvent apparaître suite à l’allongement des matériaux et de fortes
contraintes peuvent prendre naissance dans le cas où la dilatation est empêchée
par une fixation rigide, ainsi il faut laisser un espace libre et apposer une fixation
coulissante (chape, gaine)
18. Une toiture en zinc est située a proximité d’une industrie dégageant des
produits chlorés. Des traces de HCl dans l’air peuvent entraîner la
formation de chlorures de zinc sur la toiture (Zn+HCl ---» …). Un risque de
corrosion des fixations en cuivre est-il à craindre ? Non car le cuivre à un
pouvoir REDOX supérieur au zinc.
Et sur les châssis en aluminium ? Oui, il y aura corrosion.
Justifiez votre réponse par les réactions d’oxydo-réduction
correspondantes.
CU (++) + 2e(-)  Cu
Zn
12
19. A partir de certaines des relations suivantes, expliquez le rôle et le
fonctionnement d’un adoucisseur : (Page 80)
L’eau passe au travers d’une cartouche contenant des millions de petites billes
de résine, chargées d’ions sodium. Exemples : zéolithe, silicate d’Al et de Na :
Na2O.Al2O3.n SiO2. m H2O
Z
Soit en abrégé:
Zéolithe: Na2Z Au passage de l’eau sur cette résine :
CaZ + 2NaCl  Na2 Z + CaCl2
 Phase de régénération. La résine est salinée en ions Ca(++) et il faut les
éliminer pour replacer les ions Na(+)
CaCO3 + H2SO4  CaSo4 + H2O + CO2
Acide sulfurique
L'eau est un solvant très efficace ! Au contact de l'atmosphère elle capte du
CO2 et devient légèrement acide (H2CO3). Par percolation au travers des sols,
elle entre en contact avec la roche calcaire CaCO3, qu'elle dissous.
Na2 Z + Ca (HCO3)2  CaZ + 2Na (HCO3)
Sel sodique
Le sel sodique produit (Na (HCO3)) passera dans l'eau mais ne contribuera
pas à la dureté de l'eau; si la température augmente, il ne se dépose pas.
Ca (HCO3)2  H2O + CO2 + CaCO3
Sel sodique
Sur le schéma suivant d’une installation d’alimentation en eau d’une
habitation domestique, indiquez l’emplacement logique de l’appareil.
Pourquoi ?
Préparateur
d’eau chaude
EAU CHAUDE (Bain, douche)
EAU FROIDE (lavabo, lave vaisselle,…)
: Parce que lorsqu’on chauffe l’eau, que la température augmente, cela a une
influence sur l’équilibre calco-carbonique :
CaCO3 + CO2 + H2O
Ca(HCO3)2
Si T° augmente, le CO2 s’échappe sous forme de gaz, par la règle Berthollet l’équilibre
va tendre de manière à réformer le corps disparu et avec ça il reformera aussi du
CaCO3, il y aura donc un excédent de CaCO3 qui va précipiter c’est pourquoi
l’adoucisseur d’eau est bien lorsqu’il faut chauffer l’eau.
13
20. Expliquez la méthode de protection d’un métal par une « anode
sacrificielle ».
Un métal ne peut pas s’oxyder si on fait en sorte qu’il soit la cathode d’une pile (-)
Pour protéger le métal, on va le mettre en contact avec un autre métal qui a un
potentiel d’électrode inférieur à lui, comme ça c’est lui qui jouera le rôle de
l’anode (+)  c’est là où la matière se corrodera, et donc le métal qui agit comme
cathode est protégé.
Exemple : Le potentiel d’électrode du cuivre : +0,522
Le potentiel d’électrode du fer : -0,44.
Le Fer, moins noble (potentiel ), constituera l’anode, d’où
sortira le courant et où la matière se corrodera, tandis que le
cuivre, plus noble, constituera la cathode. Autrement dit, le Fer
sera le premier à se dissocier en Fe++. Les deux électrons qu’il
libère vont migrer vers le cuivre pour empêcher l’oxydation de
celui-ci, c-à-d empêcher le cuivre de passer à l’état Cu++.
Voir pages 99-100.
21.
 Quels sont les composés chimiques que l’on risque de retrouver dans
l’eau de condensation d’une chaudière à condensation au fuel (dans la
chaudière ou au pied du conduit des fumées) ?
Risque de formation d’acide sulfurique sur les conduits de fumées.
SO3 + H2O  H2SO4 (acide sulfurique)
CO2 + H2O  H2CO3 (acide carbonique)
NOx + H2O  HNO3 (acide nitrique)
Ces 3types de gaz (soufrés, carbonés et azotés forment des acides au contact de
l’humidité de l’atmosphère.)
 Ces condensats sont évacués vers l’égout. En suisse, où les critères
écologiques sont plus développés que chez nous, il est obligatoire de
traiter cette eau avant de l’envoyer à l’égout. Quel type de traitement
imaginez-vous (on parle de « neutralisation ») ?
L’installation de neutralisation doit stabiliser la valeur pH des eaux usées, valeur
qui connait des fluctuations importantes.
Rappelons que le pH est le degré d’acidité d’une solution. Pour abaisser la valeur
pH, de l’acide nitrique concentré est ajouté, alors qu’une solution d’hydroxyde de
sodium à 15% sert à augmenter cette valeur.
14
22. Des sels de plomb PbSO4 formés sur le solin de la cheminée se déposent
sur des montants en aluminium. (Page 75-76)
 Quelles en seront les conséquences en termes de corrosion de
l’aluminium ?
Corrosion des métaux entre eux. Il faut regarder le tableau des couples REDOX :
OXY Pb (++) + 2e(-)  Pb
AL (+++) + 3e(-)  Al
RED
Le plomb est plus oxydant que l’aluminium. Les réactions ne peuvent donc se
produire que dans le sens où l’aluminium monte d’étage d’oxydation :
Pb (++) + 2e(-)  Pb (x3)
Al  Al (+++) + 3e(-) (x2)
3Pb (++) + 2Al  3Pb + 2Al (+++)
En ajoutant les « ions spectateurs » :
3PbSO4 + 2Al  3Pb + AL2 (SO4)3
Il y aura donc bien corrosion de l’aluminium par les sels de plomb.
Tous les sels formés (chlorures, sulfates, nitrates,…) sont solubles. Ils seront
donc éliminés par la pluie et la corrosion de l’aluminium pourra se poursuivre.
On peut classer les métaux suivant leur potentiel REDOX et pronostiquer les
réactions entre eux : le cuivre ne sera oxydé par aucun sel métallique et
l’aluminium se fera corroder par tous les sels des métaux au dessus de lui, ainsi
l’aluminium sera corrodé.
 On peut s’en protéger par une « oxydation anodique » de l’aluminium.
Pouvez-vous expliquer cette technique ? (Page 101)
C’est un traitement de surface appliqué à l’aluminium. Le métal est plongé dans
un bain électrolytique acide. Il est relié à un générateur de courant de telle façon
qu’il constitue l’anode. Suite à l’action du courant, une couche d’oxyde se forme
à la surface de l’aluminium. Quand la couche atteint l’épaisseur désirée (40
microns) elle est rendue étanche par un traitement à l’eau bouillante qui fait
gonfler l’oxyde (colmatage).
--------------Il est également possible de réaliser des photographies sur aluminium : Après
l’oxydation anodique, on peut faire absorber à la couche poreuse d’oxyde des
sels sensibles à la lumière.
15
23. On dit qu’il ne faut pas trop adoucir l’eau chaude sanitaire pour éviter la
corrosion des tuyauteries. (Page 103)
 Pourquoi ?
L’eau adoucie présente une concentration en calcium proche de zéro. Des
lors l’équilibre calco-carbonique rend l’eau très agressive donc les dépôts
calcaires, protecteurs des conduits seront rapidement dissous.
 A priori, à quelle valeur régler l’adoucisseur ?
On conseille de ne pas adoucir l’eau en dessous de 15°F.
 Comment y arrive t on ?
On réalise un mélange entre de l’eau non traitée (by-pass) et de l’eau
totalement adoucie.
 On dit que ce réglage dépend de l’acidité de l’eau. Pouvez-vous
expliquer comment faire un réglage optimum ?
En effet l’eau se caractérise notamment par le pH, c'est-à-dire son degré
d’acidité. Si l’acidité de l’eau augmente, son équilibre calco-carbonique se
déplace : elle sera plus rapidement agressive, éliminera le calcaire sur la
conduite et favorisera la corrosion. Voir diagramme page 106-107
24. Faut-il remplacer un filtre à osmose inverse après un certain temps de
fonctionnement ?
Non car contrairement au filtre qui retient les particules indésirables, au travers de
la membrane osmotique l’eau migre lentement au travers de celle-ci mais les
particules restent immobiles.
 Expliquez-le à partir de la description du fonctionnement de l’appareil ?
Voir schéma P119.
16
25. Qu’est ce que la technique de « protection cathodique par soutirage de
courant » ?
C’est une protection contre la corrosion électrochimique.
C’est imposer le passage d'un courant entre cette structure et une anode, via le
milieu où elle se trouve.
On passe de la protection passive à la protection active.
Un courant électrique extérieur est appliqué au métal de telle sorte que le courant
entre dans le métal par la totalité de sa surface. Donc on raccorde la borne
négative d’une source de tension continue au métal à protéger. Les régions
anodiques sont transformées en régions cathodiques. Ce courant s’oppose au
courant anodique de corrosion.
 Partez de l’explication de la corrosion que l’on évite ainsi et donnez en
une application.
Avec une anode on crée une pile dans l’eau ici on se servira d’un générateur de
courant continu (style chargeur de batterie par exemple.)
On met le moins sur la coque et le plus sur une masse métallique (appelée
déversoir) qui sera plongée dans l’eau.
On créera un courant a circulation imposée qui sortira du déversoir (sortie = plus
= corrosion) et qui entrera par la couque (entrée = moins = protection) distance
entre coque et déversoir > à 5 m
--------------Le choix de la combinaison des métaux, de revêtements protecteurs et l’addition
d’inhibiteurs ainsi que l’isolation des matériaux sont d’autres procédés utilisés
pour combattre la corrosion.
17
26. Pouvez-vous justifier ces 2 phrases, en donnant notamment les réactions
chimiques en jeu :
 Les pierres calcaires des édifices peuvent être lentement dissoutes
par l’eau de pluie.
Le composant principal des pierres calcaires : CaCO3.
CaCO3 + CO2 + H2O  Ca(HCO3)2
Les pierres calcaires forment un hidrogeno-carbonate, appelé bicarbonate
de calcium. Une dissolution se produit donc par temps de pluie. Cette eau
de pluie sera dite agressive puisqu’elle a tendance à dissoudre le calcaire.
L’eau de pluie à tendance à capter du CO2 au contact de l’atmosphère,
qui va lui-même réagir avec cette eau pour former l’acide carbonique :
H2O+ CO2  H2CO3
Ensuite, lors de la percolation de l’eau acide dans le sol ; eau+ gaz
carbonique+ roche calcaire hydrogénocarbonate de calcium
 Cette corrosion peut être fortement amplifiée si une activité urbaine
et industrielle importante est existante dans la région.
Cette dégradation peut être favorisée par la présence d’acide dans l’air
atmosphérique. Présence d’acides dans l’air plus importante lorsqu’il y a
présence d’une activité urbaine et industrielle importante.
CaCO3 + H2SO4  CaSO4 + H2O + CO
CaCO3 + 2HCl  CaCl2
CaCO3 + 2HNO3  Ca(NO3)2
Attaque des pierres naturelles des édifices,…
27. Dans une installation de production d’eau chaude sanitaire, pourquoi faut-il
éviter de placer une tuyauterie de cuivre en amont d’une tuyauterie en
acier ? (Page 99)
Cause de corrosion : Un métal situé plus bas dans la série (=dont le potentiel
d’électrode est faible) agira comme anode et celui plus haut se comportera
comme cathode lorsque les deux métaux sont en contact. Ainsi si le fer et cuivre
sont mis en contact, l’acier, moins noble, constituera l’anode (pole positif) d’où
sortira le courant et où la matière se corrodera, alors que le cuivre, plus noble,
constituera la cathode (pole négatif) ainsi mécaniquement par frottement, le
cuivre s’érode facilement. Si ces particules de cuivre se mettent en circulation et
qu’elles se déposent sur une tuyauterie acier, elles vont constituer de
nombreuses micropiles locales enclenchant le processus de corrosion.
18
28. Expliquez le fonctionnement d’un adoucisseur d’eau par osmose inverse.
On se trouve face à une entrée d’eau à traiter et de deux sorties : d’un côté l’eau
osmosée et de l’autre l’eau qui n’est pas passée à travers la membrane et qui est
éliminée.
En appliquant une pression sur le récipient contenant la solution concentrée, on
peut forcer l’eau à refluer vers la solution la moins concentrée au travers d’une
paroi semi-perméable, c-à-d qu’elle laisse passer les molécules d’eau mais pas
celles de la substance dissoute. C’est avant tout une question de taille des pores.
Seule l’eau traverse la membrane, et se retrouve de l’autre côté « stérilisée »
mais cela inclus un « gaspillage » de l’eau qui retournera vers la citerne ou vers
les égouts pour d’autres usages.
 En quoi cette technique se distingue t elle d’une technique de
filtration ?
Dans un filtre, toute l’eau passe au travers de celui-ci et le filtre (à remplacer
régulièrement) retient les particules indésirables ; dans une membrane
osmotique, l’eau migre lentement au travers de la paroi, mais les particules
restent immobiles, il n’est pas nécessaire de renouveler la membrane.
 Pourrait-elle remplacer la technique d’épuration par échanges
d’ions ?
19
29. Comment protéger de la corrosion une citerne en acier enfouie dans le sol ?
Grâce aux protections cathodiques :
L’anode réactive : Lors du passage d’un courant électrique, seule l’anode se
corrode. Si l’acier du réservoir se comporte comme une anode on le raccorde à
une pièce de métal à plus bas potentiel que l’acier. Ainsi, c’est par ce métal que
le courant sortira, c’est donc lui qui se corrodera, on utilisera du zinc ou du
magnésium.
Soutirage de courant : Lorsque deux électrodes de même métal sont soumises à
une différence de potentiel celle du côté positif se corrode (anode) ---» enfouir à
proximité une masse de ferraille (barres ou rails) reliée par un conducteur bien
isolé à la borne positive d’un générateur de courant continu, la borne négative
étant raccordée au réservoir. Ainsi aucun courant ne sort par la cuve.
Drainage de courant : Le réseau électrique (chemin de fer par exemple) provoque
des courants divaguant dans le sol, c'est-à-dire préférant en partie faire un détour
par la terre plutôt que de suivre le conducteur prévu (rail). Lorsque ce réseau est
proche, il faut éviter que les courants parasites ne quittent la surface de la cuve
en n’importe quel endroit et ne provoquent ainsi des corrosions.
Il suffit de relier le conducteur de « récupération » du réseau à la cuve. Cette
liaison doit être équipée d’un redresseur (système n’autorisant qu’un seul sens au
courant) pour ne fonctionner que de la cuve vers le rail. Grace à ce système, le
métal de la cuve n’est plus emporté puisque le courant suit un conducteur
métallique pour retourner au rail.
30. On dit qu’il ne faut pas raccorder par des conduites en cuivre un chauffe
eau en acier sur le réseau d’eau de ville. Par contre, pas de problème pour
raccorder la douche avec des conduites en cuivre ? (Page 99) Justifiez.
L’utilisation du cuivre est proscrite en Amont de tuyauteries galvanisées car cela
renforce la corrosion mécaniquement, par frottement : le cuivre s’érode facilement
(de petites particules de cuivre sont emportées par l’eau), si ces particules de
cuivre se mettent en circulation et qu’elles se déposent sur une tuyauterie acier,
elles vont constituer de nombreuses micropiles locales enclenchant le processus
de corrosion mais dans le cas de la douche, si on place le cuivre en Aval de
l’acier, il y aura peu de problème.
Un chauffe eau en acier galvanisé se détériore s’il est raccordé à l’arrivée d’eau
de la ville par des tuyauteries en cuivre.
--------------Le phénomène de corrosion peut également être renforcé par la présence de
courants telluriques (courants vagabonds) dans le sol.
20
Locomotives électriques alimentées que par un seul fil ( !normalement tout
courant électrique est raccordé par 2bornes !) car le retour de courant vers la
cabine à haute tension se fait par les rails. Mais parfois celui-ci suit un chemin
parallèle dans le sol et peut corroder les éléments métalliques qui se trouvent sur
son chemin par sa sortie de courant. (Conduite métallique, citerne,…)
31. On dit que la juste teneur en eau du béton au moment de sa construction
est un gage de qualité durant toute sa durée de vie. Justifiez. (Page 89)
La transformation de l’eau en glace augmente la masse d’environ 9% ! Celle-ci
peut donc faire éclater la pellicule extérieure (écaillage/scaling) puisque l’eau ne
trouvera plus d’espaces en expansion. L’hydratation est le phénomène qui
transforme le mélange ciment-eau en gel se sels de calcium hydratés.
Un béton résiste bien au gel si sa perméabilité est limitée
En effet, le béton est un matériau peu élastique, il reprend mal les efforts de
traction. C’est donc un matériau très sensible au GEL.
C’est à sa fabrication que l’on doit s’assurer la présence d’eau limitée, car s’il y a
excédant d’eau, celle-ci créera des vides capillaires qui favoriseront la
perméabilité future. L’eau pourra alors pénétrer dans les vides créés
précédemment et se transformer en gel dès le froid venu, et provoquer un
écaillage, expliqué ci-dessus.
L’hydratation maximale est de 30 à 40% de la masse de ciment.
La perméabilité du béton est assurée, ce qui est un gage de qualité, et ce, durant
toute sa vie.
32. L’acide chlorhydrique est présent dans les produits de nettoyage des
cuvettes de WC. Il attaquera les évacuations d’égouts en fonte de fer.
Pouvez-vous le justifiez par la réaction chimique ?
Fe + 2HCL ---» FeCl2 + H2 du chlorure de fer sera formé et immédiatement
dissous, le produit de corrosion est donc éliminé au fur et à mesure de sa
formation, le métal est rongé sur toute sa surface et présente un aspect rugueux.
33. Gonflements, (fissures) des joints, dû à :
21
I. Cristallisation du sulfate de calcium en gypse, dans les zones où la
façade est abritée par la pluie, suivant la réaction
CaSO4 + 2H2O  CaSO4 . H2O
Gypse
II. Dans les zones où la maçonnerie est humidifiée, gonflements et
fissurations d’un sel expansif : sel de Candlot, résultat d’une
réaction chimique entre le sulfate de calcium et l’aluminate de
calcium hydraté du ciment.
Phénomènes dus au sulfate de calcium, originaire de la brique ou d’une réaction
entre les sulfates de sodium et de potassium et la chaux libre du ciment :
Na2SO4
NaOH
Ca (OH)2 + 2
 CaSO4 + 2
K2SO4
KOH
Conséquences:
 Gauchissement d’un parement peu chargé.
 Favorisation de la pénétration d’eau et des phénomènes de gel en hiver.
Solution(s) :
Une fois la vérification de la stabilité du phénomène, utilisation de briques
dans sulfate de calcium (si possible…)
34. Protection par l’utilisation d’acier inoxydable : (Page 101)
Ajout du minimum de 11% de chrome à l’inox (alliage de fer et carbone)  acier
inoxydable  Résistance spectaculaire à la corrosion.
Cr  résistance,
jusqu’à 30%.
A partir de cet ajout à 11% de Cr, l’acier se recouvre d’un fin film protecteur.
Tous les aciers inoxydables ont pour caractéristique commune 11% de Chrome.
(Brearly, 1912)
35. Corrosion des armatures du béton armé ? Armature passivée ? (Page 102)
Volume occupé par la rouille plusieurs fois supérieur à celui occupé par l’acier !
Une barre d’armature qui rouille dans le béton repousse dès lors son enrobage.
Heureusement, celui-ci est un milieu basique, et l’eau des pores du béton aura un
pH assez élevé (13 par exemple).
22
Un oxyde de fer se formera alors en surface de l’armature et protègera l’acier de
la corrosion ultérieure. L’armature est dite passivée.
36. Corrosion par carbonatation ? (Page 102)
Couche de protection attaquée par la présence de CO2. Quand la couche de
passivation est entamée, la corrosion devient possible en présence d’eau et
d’oxygène.
Carbonatation = Combinaison du CO2 avec l’hydroxyde de calcium présent dans
le béton :
Ca (OH) 2 + CO2  CaCO3 + H2O
Hydroxyde de calcium
Réaction uniquement en milieu aqueux. CO2 se dissous dans l’eau des pores 
chute du pH de 13 à 9.
CO2 + H2O  CO3 + H2
Formation de carbonate, la couche de passivation peut donc être attaquée.
Poursuite de corrosion suivant l’environnement :
 Béton immergé  armatures ne rouillent pas (grande résistance de l’eau
des pores vis-à-vis de la diffusion du dioxyde de carbone et de l’oxygène.
23
 Béton situé à l’intérieur  armatures ne rouillent pas (manque d’eau)
 Béton situé à l’extérieur  voir page 102
Ponts et dalles soumis aux sels de déverglaçage en hiver  attaque de la
couche de passivation renforcée par la présence de chlorures
Solution : Freiner le passage du CO2, par prévention (qualité du béton (porosité
limitée), épaisseur suffisante d’enrobage, éviter le recours à des accélérateurs de
prise du béton à base de chlorures).
37. Page 103
24