propriétés anticorrosives du chitosane et du n-(2

CAROLINE DUPONT
PROPRIÉTÉS ANTICORROSIVES DU CHITOSANE
ET DU N-(2-CARBOXYLATE)BENZOYLCHITOSANE
DE SODIUM POUR LA PROTECTION DU FER
Mémoire présenté
à la Faculté des études supérieures de l'Université Laval
comme exigence partielle au programme de maîtrise en Chimie
pour l'obtention du grade de maître es sciences (M.Se.)
DÉPARTEMENT DE CHIMIE
FACULTÉ DES SCIENCES ET DE GÉNIE
UNIVERSITÉ LAVAL
QUÉBEC
2008
© Caroline Dupont, 2008

RÉSUMÉ
La corrosion est un phénomène spontané et inévitable qui engendre de nombreux
problèmes ayant de sérieux impacts économiques et environnementaux. Les alliages à base
de fer, largement utilisés dans l'industrie, sont particulièrement sensibles aux milieux
corrosifs naturels tels les environnements marins. La corrosion induite par l'eau de mer
entraîne la dégradation rapide des ouvrages métalliques qui y sont exposés et met
conséquemment en péril leur bon fonctionnement. Actuellement, les techniques de
protection contre la corrosion qui sont employées pour ralentir la vitesse de corrosion ne
sont pas efficaces dans toutes les situations et certaines de ces méthodes ont des
conséquences néfastes sur l'environnement (ex : utilisation d'inhibiteurs de corrosion
toxiques). Par souci de préservation des écosystèmes naturels, la recherche de solutions
écologiques de protection contre la corrosion croît en importance. Le chitosane (CS) est un
polymère naturel de glucosamine qui présente des caractéristiques physico-chimiques
particulièrement intéressantes dans une perspective d'interactions avec les métaux. Aucune
étude jusqu'à ce jour ne s'est intéressée au potentiel du CS pour la protection des métaux
soumis aux conditions marines. Le présent travail évalue dans un premier temps l'efficacité
d'un dérivé de CS comme inhibiteur de la corrosion du fer. Ainsi, la diminution du courant
d'oxydation du fer en présence de N-(2-carboxylate)benzoylchitosane de sodium a
démontré la capacité de ce dérivé de CS à diminuer la vitesse de corrosion du métal. Les
résultats obtenus se traduisent notamment par une augmentation considérable de la
résistance à la corrosion localisée induite par les chlorures. Dans un deuxième temps, des
revêtements de CS ont été formés par un processus de déposition électrochimiquement
induit. La formation de films de CS uniformes a constitué un défi important dans cette
étude et il a été démontré que l'étape de neutralisation du revêtement est cruciale.
Différentes techniques d'analyses de surface comme la microscopie électronique à balayage
et l'ellipsométrie ont été employées afin de caractériser les films de CS électrogénérés.
Enfin, l'évaluation de l'effet d'un revêtement de CS sur un substrat de fer a prouvé qu'il
constitue une barrière physique efficace qui empêche les espèces corrosives présentes dans
l'eau d'atteindre la surface métallique à protéger.

ii
REMERCIEMENTS
Je souhaite tout d'abord remercier mon directeur de recherche, Stéphan Simard, qui
m'a proposé ce projet à la mesure de mes intérêts. Merci également à Michel Pézolet pour
sa précieuse collaboration. Le soutien et la confiance de mes superviseurs m'ont permis de
développer mes aptitudes de gestion de projet dans un cadre scientifique très stimulant. Je
tiens aussi à remercier les scientifiques qui ont grandement contribué à ma formation :
Bassam Ghaleb, Yves Paquin et Jean-Pierre Gagné.
Un merci tout spécial à Danick Gallant qui m'a motivé à faire fondamentalement
différent. Un merci chaleureux à Steeven Ouellet pour avoir rendu amusantes toutes ces
escapades à Québec et dont la patience est sans borne. Un tendre merci à Maude
Lechasseur pour toutes les petites et grosses jasettes et pour sa solidarité féminine. Aussi, je
désire dire merci à l'équipe de spectroscopistes qui m'a accueillie et aidée à plusieurs
reprises lors de mes visites en ville : Marie-Claude Paquin, Sarah Bédard, Jean-François
Rioux, Thierry Lefèvre et Marie-Eve Rousseau.
Je remercie Jonathan Gagnon et ses étudiants, Amélie Ruest et Frédéric Vallée, pour
leur contribution inestimable dans la préparation des dérivés polymeriques, matière
première de l'étude. J'aimerais également remercier tous les professionnels de recherche
qui ont participé de près ou de loin à la réalisation de mon projet : Diane Bérubé, Louiselle
Lévesque, Patricia Basque, Nathalie Desgagnés, François Lapointe et André Ferland. Merci
aussi à Karine Lemarchand pour s'être investie avec les bébittes invisibles.
J'aimerais enfin remercier de tout mon cœur ma famille, Denise Simard, Jean-Guy
Dupont et Steve Dupont, qui m'a donné tous les outils nécessaires pour réussir. Merci
Maman de m'avoir donné la confiance en tout ce que je suis.
Finalement, merci beaucoup à mon homme, Patrick Poulin, pour ton soutien
inconditionnel. Merci de m'avoir fait profiter de tes idées.

iii
TABLE DES MATIÈRES
RÉSUMÉ i
REMERCIEMENTS ii
TABLE DES MATIÈRES iii
LISTE DES TABLEAUX vi
LISTE DES FIGURES vii
LISTE D'ABRÉVIATIONS xii
CHAPITRE I - INTRODUCTION 1
1.1 La corrosion et les méthodes de protection 1
1.1.1 Introduction à la problématique de la corrosion 1
1.1.2 La corrosion 2
1.1.3 Les méthodes de protection contre la corrosion 8
1.1.3.1 Les inhibiteurs de corrosion 9
1.1.3.2 Les revêtements organiques 10
1.1.4 La corrosion influencée microbiologiquement 11
1.2 Le chitosane 13
1.2.1 Introduction 13
1.2.2 Comportement chimique du chitosane 15
1.2.3 Intérêt du chitosane dans la problématique de corrosion 17
CHAPITRE II - PRINCIPES DES TECHNIQUES UTILISÉES 21
2.1 L'électrochimie 21
2.2 La microscopie électronique à balayage 29
2.3 L'ellipsométrie 31

iv
CHAPITRE III - MATÉRIEL ET MÉTHODES 36
3.1 L'électrochimie 36
3.2 La préparation des films de chitosane 39
3.3 Les analyses de surface des films de chitosane 42
3.3.1 La microscopie électronique à balayage 42
3.3.2 La microscopie à force atomique 43
3.3.3 L'ellipsométrie 43
3.3.4 La spectroscopie Raman 44
CHAPITRE IV - RÉSULTATS ET DISCUSSION 45
4.1 Comportement électrochimique du fer 45
4.1.1 Détermination du potentiel décharge nulle du fer 45
4.1.2 Détermination du potentiel de corrosion du fer 46
4.1.3 Établissement des mécanismes de corrosion généralisée du fer 47
4.1.4 Établissement des mécanismes de corrosion localisée du fer 52
4.2 Effet du N-(2-carboxylate)benzoylchitosane de sodium sur la
corrosion du fer 55
4.2.1 L'efficacité d'inhibition de la corrosion 55
4.2.2 Évaluation de l'efficacité d'inhibition de la corrosion du fer en circuit
ouvert par les composés organiques 58
4.2.3 Évaluation de l'efficacité d'inhibition de la corrosion généralisée du fer
par les composés organiques 66
4.2.4 Évaluation de l'efficacité d'inhibition de la corrosion localisée du fer par
les composés organiques 70
4.2.5 Conclusion partielle : objectif 1 74
4.3 Effet du chitosane sur la corrosion du fer 75
4.3.1 Préparation des revêtements de chitosane 75
4.3.2 Caractérisation des revêtements de chitosane 80
4.3.2.1 Détermination de la nature des films électrogénérés 80
4.3.2.2 Analyse de la morphologie des films électrogénérés 81
4.3.2.3 Évaluation de l'épaisseur des films électrogénérés 84
4.3.3 Comportement électrochimique en circuit ouvert d'une électrode de
fer/film de chitosane 86
4.3.4 Comportement électrochimique sous polarisation d'une électrode de
fer/film de chitosane 89
4.3.5 Conclusion partielle : objectif 2 94