Comportement à la corrosion des alliages d`aluminium utilisés dans

N° d'ordre Année 2005
THESE
présentée devant
L'UNIVERSITE de PITESTI
(Roumanie)
et
L'INSTITUT NATIONAL des SCIENCES APPLIQUEES
(Lyon – France)
pour obtenir le grade de DOCTEUR
Ecole doctorale : Ecole Doctorale Matériaux
Spécialité : Microstructure et comportement mécanique
et macroscopique des matériaux – Génie des Matériaux
par
Elena Luminiţa DIN – ŞTIRBU
Comportement à la corrosion des alliages
d'aluminium utilisés dans l'industrie automobile
pour la fabrication de radiateur de chauffage
soutenance prévue le 26 novembre 2005 devant la commission d'examen
composée de
Président M. Ion TABACU Professeur – Université de Pitesti (Roumanie)
Rapporteur Mme Maria PETRESCU Professeur – Université Polytechnique de Bucarest (Roumanie)
Rapporteur M. Cornel SAMOIA Professeur – Université de Transylvanie Brasov (Roumanie)
Rapporteur M. Claude PETOT Professeur – Ecole Centrale de Paris (France)
Dir. De thèse Mme Marioara ABRUDEANU Professeur – Université de Pitesti (Roumanie)
Dir. De thèse M. Jean-Pierre MILLET Professeur – INSA de Lyon (France)
Examinateur M. Philippe STEYER Docteur – Maître de Conférences – INSA de Lyon (France)

Sommaire
INTRODUCTION 1
PARTIE 1. ETAT ACTUEL DE LA RECHERCHE
I. CHAPITRE I
ETAT ACTUEL DE LA RECHERCHE. COMPORTEMENT A LA
CORROSION DES ALLIAGES D’ALUMINIUM UTILISES DANS
L’INDUSTRIE AUTOMOBILE 4
I.1. Généralités sur l’aluminium et ses alliages 5
I.2. L'automobile et la corrosion 8
I.2.1. Contexte de l’étude 8
I.2.2. Fluides automobiles 9
I.3. Comportement vis-à-vis de la corrosion 11
I.3.1. Rôle des éléments d’addition 11
I.3.2. Rôle de la réactivité de la surface de l’aluminium
dans les solutions aqueuses 14
I.3.3. Corrosion de l’aluminium et de ses alliages 16
I.4. Prévention de la corrosion des alliages à base d’aluminium 20
I.5. Conclusions 21
II. CHAPITRE II
MATERIAUX. TECHNIQUES D’ANALYSE ET PROCEDURE
EXPERIMENTALE ADOPTEE 23
II.1. Radiateur de chauffage de l’automobile et matériau étudié:
alliage AlMn1 24
II.2. Milieux : liquides de refroidissement automobile 27
II.3. Evaluation de la corrosion par étude électrochimique.
Inhibiteurs de corrosion. 28
II.3.1. Evolution du potentiel libre en fonction
de la durée d’immersion 28
II.3.2. Courbes voltampérométriques 29
II.3.3. Mesure de l’évolution de la résistance
de polarisation (Rp) au cours du temps 30
II.3.4. Susceptibilité à la corrosion localisée
par voltammétrie cyclique 35
II.3.5. Mesures d’impédance électrochimique 36
II.4. Inhibiteurs de corrosion 40
II.5. Mesures électrochimiques: cellule et conditions expérimentales 52
II.6. Techniques d’analyse, d’observation et de caractérisation de surface 54
II.7. Conclusions 55
II.8. Organisation de recherches expérimentales 56

2
PARTIE 2. RESULTATS EXPERIMENTAUX DE LA THESE
III. CHAPITRE III
COMPORTEMENT A LA CORROSION DE L’ALLIAGE AlMn1 ET
ALUMINIUM PUR DANS LES LIQUIDES DE REFROIDISSEMENT A
TEMPERATURE AMBIANTE 64
III.1. Caractérisation microscopique du matériau et état de la surface 65
III.2. Etude électrochimique du comportement à la corrosion d’alliage AlMn1 et de
l’aluminium pur à température ambiante 69
III.2.1. Etude du comportement à la corrosion de l’alliage AlMn1 69
III.2.1.1. Comportement électrochimique de l’alliage AlMn1
en milieu glaceol D 69
III.2.1.2. Comportement électrochimique de l’alliage AlMn1
en milieu à base de glaceol A 73
III.2.1.3. Comportement électrochimique de l’alliage AlMn1
dans un mélange de glaceol D et glaceol A 75
III.2.1.4. Comportement de l’alliage AlMn1 dans un mélange eau
permutée, glycol et borax 78
III.2.1.5. Influence de l’eau de distribution sur le comportement à la
corrosion de l’alliage AlMn1 dans les liquides
de refroidissement 81
III.2.1.6. Etude de l’influence de la vitesse d’agitation sur le
comportement à la corrosion 85
III.2.2. Etude du comportement à la corrosion de l’aluminium pur 86
III.2.2.1.Comportement électrochimique
de l’aluminium pur en milieu glaceol D 86
III.2.2.2.Comportement électrochimique de l’aluminium pur en milieu
glaceol A 87
III.2.2.3.Comportement électrochimique de l’aluminium pur dans un
mélange de glaceol D et glaceol A 90
III.3.Etude de l’influence des inhibiteurs de corrosion spécifiques aux liquides de
refroidissement automobile sur le comportement à la corrosion localisée de l’alliage
AlMn1 par voltammétrie cyclique 92
III.3.1. Influence de la nature de l’inhibiteur sur le comportement à la
corrosion localisée de l’alliage AlMn1 dans les liquides de refroidissement
utilisés en automobile 93
III.3.2. Influence de la nature du milieu sur la sensibilité à la corrosion
localisée 94
III.3.2.1 Influence de l’eau de distribution sur le pouvoir
inhibiteur 94
III.3.2.2. Influence de « l’eau corrosive » sur le pouvoir
inhibiteur 96
III.3.3. Influence de la teneur en inhibiteur sur le pouvoir protecteur vis- à –vis
de la corrosion localisée 100
III.3.4. Evolution en fonction du temps du pouvoir inhibiteur 101
III.4. Conclusions 105

3
IV. Chapitre IV
INFLUENCE DE LA TEMPERATURE ET DES CYCLES THERMIQUES
SUR LE POUVOIR PROTECTEUR DES INHIBITEURS DE CORROSION
SPECIFIQUES AUX LIQUIDES DE REFROIDISSEMENT DANS LE CAS DE
L’ALLIAGE AlMn1 107
IV.1. Influence de la température sur le comportement à la corrosion de l’alliage
AlMn1 en présence des inhibiteurs de corrosion spécifiques aux liquides de
refroidissement utilisés en automobile 108
IV.1.1. Evaluation du pouvoir inhibiteur des inhibiteurs de corrosion
spécifiques aux liquides de refroidissement automobile en fonction de la température
à l’aide de techniques électrochimiques stationnaires 109
IV.1.1.1. Influence de la température sur le comportement à la
corrosion de l’alliage AlMn1 en monoéthylène glycol (milieu sans
inhibiteurs de corrosion) 109
IV.1.1.2. Influence de la température sur le comportement à la
corrosion de l’alliage AlMn1 dans le liquide de refroidissement glaceol
RX D 113
IV.1.1.3. Influence de la température sur le comportement à la
corrosion de l’alliage AlMn1 dans le liquide de refroidissement glaceol
A 117
IV.1.1.4. Influence de l’eau de distribution et de la température sur le
comportement à la corrosion de l’alliage AlMn1 dans les milieux à
base de monoéthylène glycol 122
IV.1.1.5. Influence de la température sur la sensibilité à la
corrosion localisée de l’alliage AlMn1 dans les liquides de
refroidissement 129
IV.1.2. Evaluation du pouvoir inhibiteur des inhibiteurs de corrosion
spécifiques aux liquides de refroidissement utilisés en automobile à l’aide de
la spectroscopie d’impédance électrochimique 133
IV.2. Influence de cycles thermiques sur le comportement à la corrosion de l’alliage
AlMn1 en présence des inhibiteurs de corrosion spécifiques aux liquides de
refroidissement automobile 149
IV.2.1 Influence des cycles thermiques de courte durée 149
IV.2.2. Influence des cycles thermiques de longue durée 155
IV.2.2.1. Comportement à la corrosion de l’alliage AlMn1 en milieu
glaceol D pendant des cycles thermiques de longue durée 155
IV.2.2.2. Influence des cycles thermiques sur le comportement à la
corrosion de l’alliage AlMn1 en milieu glaceol A 157
IV.3. Propriétés physiques et chimiques des milieux et influence de la
température 160
IV.4. Discussion 166
IV.5. Conclusions 172
V. Chapitre V
CONCLUSIONS, CONTRIBUTIONS ET PERSPECTIVES 174
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 181
ANNEXES 190

4
INTRODUCTION
Le thème de la thèse est le comportement à la corrosion des alliages à base
d’aluminium utilisés dans l’industrie automobile pour la fabrication du radiateur de
chauffage.
Le choix des matériaux dans l’industrie automobile s’appuie sur plusieurs facteurs.
Ces derniers années les gouvernements de chaque pays ont demandé aux producteurs
automobiles : de faire une réduction des émissions d’automobile, de développement
les conditions de sécurité pour les occupants d’automobile et de faire une réduction de
la consommation de carburant. Pour réaliser ces demandes l’industrie automobile a
fait des efforts pour élever l’efficacité du moteur et reduire le poids de véhicule. En
conclusion, les matériaux utilisés dans la construction d’automobile ont un grand
impact sur l’environnement. L’utilisation des matériaux légers peut être une solution
pour effectuer des économies d’essence [COL95]. La réduction de poids a eu comme
conséquence une décroissance de la quantité d’acier en automobile et une croissance
des matériaux alternatifs et en spécialement l’aluminium et les plastics a été
enregistrée. L’utilisation d’aluminium dans l’industrie d’automobile s’est accrue de
80% dans les dernières 5 années. Un total d’environ 110 Kg d’aluminium / véhicule
en 1996 va devenir 250 ou 340 Kg en 2015. En matière de sécurité, l’aluminium est
« un atout » très important car il présente une excellente capacité d’absorption
d’énergie lors des collisions.
En outre, 90% de l’aluminium des véhicules hors d’usage est recyclé. L’aluminium se
recycle sans perte de propriétés. Les déchets en aluminium ont une valeur
économique et une filière propre [INT04].
Comme matériau d’étude a été choisi dans cette thèse un alliage de la famille Al-Mn
ayant d’importantes applications dans l’industrie automobile. Concrètement nous
avons choisi comme repère le radiateur de chauffage en alliage AlMn1 (3003) et
comme milieu corrosif le liquide de refroidissement à base d’éthylène glycol avec ou
sans ajouts des inhibiteurs (organiques et inorganiques), ceci correspondant aux usines
Renault de France ou de Roumanie. L’entreprise d’automobile Dacia - Renault de
Roumanie a rencontré de nombreux problèmes de corrosion d’aérotherme automobile
en alliage à base d’aluminium.