Cours de Corrosion et Protection des Métaux

Dr. Hakim BENSABRA
Cours de Corrosion
et Protection des Métaux
Pour les étudiants de première année Master
Option : Génie des Matériaux
Université de JIJEL 2016

Sommaire
SOMMAIRE
I. INTRODUCTION GENERALE …………………………………………………………1
CHAPITRE I : Introduction à la corrosion des métaux
I. 1. Introduction………………………………………………….…………………….. 2
I. 2. Généralités su le phénomène de corrosion…………………..……..…………. 2
I. 2. 1. Définition de la corrosion …………….…………………..….……………. 2
I. 2. 2. Importance économique de la corrosion…… ……………..….………….. 2
I. 2. 3. Cause de la corrosion …………..………………………………..………… 2
I. 2. 4. Classes de la corrosion ……………….……………………...…………… 3
I. 2. 4. 1. La corrosion chimique …..… ………….………….……………… 3
I. 2. 4. 2. La corrosion bactérienne..… ………….………….……………. 3
I. 2. 4. 3. La corrosion électrochimique …..…….………….……… …….. 4
I. 2. 5. Aspect morphologique de la corrosion …..….………….……………… 4
I. 2. 5. 1. Corrosion généralisée ………………….….………………. …… 4
I. 2. 5. 1. Corrosion localisée ………………….….………….………. ……. 5
I. 2. 6. Facteurs de corrosion ………………….….………….…………………… 9
I. 3. Diagramme d’équilibre fer-carbone ………………………………..………….. 10
I. 3. 1. Généralités ……………………………………………………..………….. 10
I. 3. 2. Intérêt des diagrammes d’équilibre ………………………..……………. 10
I. 3. 3. Système binaire Fe-C …………….…………………………..……......... 10
I. 3. 4. Types de diagramme Fe-C …………………………………..…………… 10
I. 3. 5. Le diagramme d’équilibre métastable (Fe-Fe
3
C) ……..………………… 11
I. 3. 5. 1. Les phases ………………………………………….…………….11
I. 3. 5. 2. Les points de transformation ……..………………….………… 11
I. 3. 5. 2. Les lignes de transformation ………………………….…………12
I. 4. Eléments de cristallographie ………………………………..………………….. 13
I. 4. 1. Définition ………………………………………………..………………… 13
I. 4. 2. L’état solide……………………………………………..…………………. 13
I. 4. 3. Classification des cristaux …………………………..…………………….. 13

Sommaire
I. 4. 4. Réseau cristallin ……………………………………..…………………… 15
I. 4. 5. Plans cristallographiques (Indices de Millers) .………………………… 17
I. 4. 6. Directions (droites) cristallographiques ………..……………………….. 17
I. 4. 7. Structure des cristaux métalliques ……………..…………………….…. 17
I. 4. 8. Cristaux réels (défauts cristallins)………………..…………………... …19
I. 4. 9. Détermination expérimental des structures cristallines)…………….… 19
CHAPITRE II : Thermodynamique de la corrosion électrochimique
II. 1. Introduction………………………………………………….…………………… 22
II. 2. Définitions……..………………………………………….……………………… 22
II. 3. La cellule électrochimique …..…………………………………………………. 24
II. 3. 1. Cellule galvanique …..……………………………………………….……. 24
II. 3. 2. Cellule électrolytique …..……………………………………………….… 25
II. 3. 3. Les piles …..………………………………………….…………..……….. 26
II. 3. 3. 1. La pile Daniell…..……………………………………….….….…… 27
II. 3. 3. 1. La pile saline (Léclanché) …………………………………..……. 29
II. 4. Interface métal/solution : notion de la double couche électrochimique…... 30
II. 4. 1. Modélisation de la double couche électrochimique ……….…………. 30
II. 5. Thermodynamique des réactions de corrosion ……….……………….…… 32
II. 5. 1. Potentiel d’équilibre d’une électrode (potentiel réversible)…………... 32
II. 5. 1. 1. Calcul du potentiel d’électrode à l’équilibre : Equation de
Nernst ………………………………………………………………. 33
II. 5. 1. 2. Mesure du potentiel d’électrode …………………………………. 35
II. 5. 1. Electrodes de référence ………………………………………….. 35
II. 5. 2. Prévision thermodynamique des réactions de corrosion ……….….. 38
II. 5. 2. 1. Prévision quantitative ……………………………………………. 38
II. 5. 2. 2. Prévision qualitative …………………………………………..…. 39
II. 5. 3. Potentiel de corrosion (E
corr
)………………………………………....... 40
II. 5. 4. Les diagrammes potentiel –pH : Diagrammes de Pourbaix……….... 41
II. 5. 4. 1. Domaines de prédominance (DP) ou d’existance (DE) ........... 41
II. 5. 4. 2. Convention du tracé des diagrammes E- pH .......................... 43
II. 5. 4. 3. Prévision des réactions par lecture d’un diagramme E-pH ….. 45

Sommaire
II. 5. 4. 4. Stabilité d’une espèce............................................................ 45
II. 5. 4. 5. Tracé du diagramme E – pH ………………………….………… 46
CHAPITRE III : Cinétique de la corrosion électrochimique
III. 1. Introduction………………………………………………….……..………….. 48
III. 2. Notions de base …………………………………………….………..………. 48
III. 2. 1. Electrode simple ……………………………………………...………… 48
III. 2. 2. Potentiel au repos…………………………………………..….……….. 48
III. 2. 3. La surtension ……………………………………………...……………. 48
III. 2. 4. Electrode mixte ……………………………………………...………….. 49
III. 2. 5. La polarisation ……………………………………………...…………… 49
III. 3. Les Courbes de polarisation ………………………………..….……………. 50
III. 4. Diagrammes d’Evans ……………………………….………..………………. 50
III. 4. 1. Cas de métaux différents ……………………….……..……………….. 51
III. 5. Réalisation des courbes de polarisation ………….…………..……………. 52
III. 6. Etapes limitante d’une réaction de corrosion ………….…………..………..55
III. 6. 1. Réaction partielle cathodique : contrôle cathodique ………..………. 55
III. 6. 2. Réaction partielle anodique : contrôle anodique …………….……….55
III. 7. Réaction limitée par le transfert de charges : (surtension d’activation)…..56
III. 7. 1. Equation de Butler-Volmer ……………………………………..………..56
III. 7. 2. Densité du courant d’échange ..…………………………….…………..58
III. 7. 3. Coefficients de Tafel..…………………………………….……………....59
III. 8. Mesure de la vitesse de corrosion ………..………….………….……………60
III. 8. 1. Les essais par immersion……..………….………………….…………..60
III. 8. 2. Les essais électrochimique ..………….…………………….………….60
III. 8. 2. 1. Extrapolation des droites de Tafel ………………………………..60
III. 8. 2. 2. Mesure de la résistance de polarisation …..……………………..62
III. 9. Méthodes d’étude expérimentale de la corrosion ………………….………. 63
III. 9. 1. Mesure du potentiel de corrosion (potentiel à circuit ouvert) ……… 63
III. 9. 2. Méthode électrochimiques transitoires ……………………………….. 63
III. 9. 2. 1. La voltamètrie ……………………………………………...……… 64
III. 9. 2. 2. Méthodes d’impulsions potentiostatiques ……………….……... 65
III. 9. 2. 3. Méthodes d’impulsions galvanostatique ………….….…….….. 65