métal réactions "l aide"
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AAA LLL ENSPM – MIC 23/2/2006 RRROOOTTT PPP 1 Chapitre 1GENERALITES SUR LA CORROSION La corrosion est le phénomène de dégradation des métaux et alliages par le milieu dans lequel La corrosion se manifeste sous deux formes principales : la corrosion chimique (dans les milieux non électrolytiques) la corrosion électrochimique (corrosion métallique humide) La corrosion est donc la détérioration d’un métal causée par une réaction avec son milieu enviro ENSPM – MIC 23/2/2006 2 La corrosion est l’oxydation électrochimique d'un métal suivant la réaction. Pour l'acier : Fe Fe2+ + 2e- Ces réactions sont couplées à une réaction de réduction (c'est le "moteur" de la corrosion) pour l'eau :2H++ 2e- H2 en milieu acide 2H2O + 2e- H2+ 2OH- en milieu alcalin H2O O2 l'oxygène : O2 + 4H+ + 4e- 2H2O ou O2 + 2H2O + 4e- 4OH- O2 O2 O2 O2 O O O2 2 O 22 O2 ++ 2H 2H2O O ++ 4e 4e4OHO 4OH 2 2 O2 e+ e+ Fe2+ O O 22 e+ e+ Fe ENSPM – MIC 23/2/2006 3 La quantité de courant qui traverse une pile est proportionnelle à la quantité demétal qui se co 2+ e + 2e Electrolyte Courant Fe - O 2 + 2H Ions F Ions + Anode Courant Métal 2O + 4e - 4O H - Cathode e- ENSPM – MIC 23/2/2006 4 corrosion par piles galvaniques : (Hétérogénéité dans la constitution de l’ouvrage métalliqu Hétérogénéité des métaux Acier Fonte zone de corrosion Exemple : si l’on établit un contact entre :- Acier et cuivre : il y a corrosion de l’acier- Acier et a ENSPM – MIC 23/2/2006 5 corrosion par piles galvaniques : (Hétérogénéité dans la constitution de l’ouvrage métalliqu Hétérogénéité des métaux Acier Fonte zone de corrosion ENSPM – MIC 23/2/2006 6 corrosion par piles galvaniques : (Hétérogénéité dans la constitution de l’ouvrage métalliqu Hétérogénéité des surfaces Vieux pipe Pipe neuf Vieux pipe corrosion biologique : Certains milieux faiblement aérés comme les argiles, les vases… peuvent conduire à des corrosions dites bactériennes. Ces groupes de bactéries appelés bactéries sulfato-réductrices que l'on peu t trouver dans les sols et eaux naturell es, actives seulement dans des conditions de pH proches de la neutralité et en l'absence d'oxygène. Elles réduisent les sulfates se trouvant dans leur environnement produisant des sulfures, et accélèrent la corrosion de la structure. ENSPM – MIC 23/2/2006 7 corrosion par piles géologiques : (Hétérogénéité du milieu conducteur :électrolyte, sol) Une pile peut également être constituée en immergeant deux échantillons d’unmême métal, da Argile Acier Sable Acier zone de corrosion Une canalisation enterrée peut donc être le siège d’une corrosion électrochimiquepar suite de la ENSPM – MIC 23/2/2006 8 corrosion par aération différentielle : Surface du sol Sol bien aéré Pipe Sol humide peu ou pas aéré La corrosion par aération différentielle se traduit par un accroissement de lacorrosion dans les ENSPM – MIC 23/2/2006 9 Cas particuliers de corrosions électrochimiques par effets d'interactionsEffets électr caténaire locomotive sous-station SNCF courant de traction + - rail +++++ pipeline en acier zone de corrosion ENSPM – MIC 23/2/2006 10 Protection contre les courants vagabonds par drainage de courant.Quelquefois le drain caténaire locomotive courant de traction sous-station + - rail +++++++ pipeline en acier ----appareil de drainage polarisé zone de corrosion lorsque le drainage polarisé n'est pas installé PROTECTION PAR DRAINAGE DE COURANT ENSPM – MIC 23/2/2006 11 Chapitre 2ANALYSE DES SOLS AGRESSIVITE DES TERRAINS La conductivité du milieu ambiant joue un rôle déterminant dans le processus de corrosion.On Une forte conductivité augmente l’intensité de ces courants et favorise le processus électrochimique. L’agressivité d’un terrain est donc caractérisée par sa résistivité électrique moyenne en ohm/m. En ce qui concerne les canalisations en acier, l’agressivité des sols est définie comme suit : - 0 à 20 Ohms/mètre : - 20 à 50 Ohms/mètre : - 50 à 100 Ohms/mètre : - au-dessus de 100 Ohms/mètre : ENSPM – MIC 23/2/2006 importante mitigée douteuse négligeable 12 Chapitre 3LA PROTECTION CATHODIQUE PRINCIPE GENERAUX Au contact du sol, milieu électrolytique, l'acier peut être soumis à desphénomènes de La protection cathodique consiste à amener par des moyensextérieurs et ar ENSPM – MIC 23/2/2006 13 Diagramme de POURBAIX Potentiel (V) par rapport à l'électrode à hydrogène -1.6 Comme valeur de potentiel,au-dessous du -1.2 0.8 PASSIVATION 0.4 0 CORROSION -0.4 -0.8 IMMUNITE -1.2 -1.6 0 2 4 6 8 10 12 14 Ph ENSPM – MIC 23/2/2006 14 Deux solutions sont possibles : soit de constituer une pile à l'aide d'un métal plus électronégatif que l'acier (aluminium, magnés soit l'on impose une tension entre la conduite et un autre métal qui va jouer lerôle d’anode. La protection par anode sacrificielle. Principe : on crée un couple galvanique dont la conduite sera la cathode de la pileet l'anode un ENSPM – MIC 23/2/2006 15 Le magnésium est le métal le plus utilisé dans les anode s sacrificielles car c'est celui qui a le potentiel le plus électronégatif ( -1700 mV pour le haut potentiel). Son utilisation est courante dans les sols plus résistants. A l’opposé, le zinc est plutô t employé dans des sols peu résistifs (potentiel de 1100 mV). V voltmètre de contrôle du potentiel + - anodes sacrificielles au magnésium ENSPM – MIC 23/2/2006 électrode de référence à poste fixe canalisations protégées cathodiquement 16 – Protection par anode sacrificielle: exemple de réalisation (Gaz de France) 80 kms de conduite acier revêtus - Diam 100 à 500 mm - S à protéger = 104.000m2 dont 1/3 en terrain marécageux Protection assurée par 20 anodes magnésium (347 kg): •2 anodes de 8kg •17 de 17,5kg •1 de 32,5 kg pour traversée de rivière Métal à –925 mv en moyenne (Cu/CuSO4) ENSPM – MIC 23/2/2006 17 Protection par anode sacrificielle: applications classiques •Ouvrages immergés (plate-formes de forage, sea-lines) •Capacités enterrées (cuves d’HC des stations services,citernes fuel domestique,…) •Protection interne ou externe des réservoirs métalliques (pour assurer la protection les anodes doivent etre immergées dans un milieu conducteur homogène •Conduites enterrées de faible longueur •Protection de conduites offshore sur plusieurs kms ENSPM – MIC 23/2/2006 18 Protection par soutirage de courant (ou courant imposé) Principe : La protection cathodique par courant imposé permet d'atteindre lesmêmes résultats ENSPM – MIC 23/2/2006 19 AC V GENERATEUR DE COURANT CONTINU + Déversoir anodes - électrode de référence à poste fixe voltmètre de contrôle du potentiel + - canalisations protégées cathodiquement L'avantage d'un système de protection cathodique par courant imposé c'est qu'ilpermet de suivr ENSPM – MIC 23/2/2006 20 Protection par soutirage de courant Anodes dans cuvelage –Protection d’un réservoir ENSPM – MIC 23/2/2006 21 Protection par soutirage de courant Domaines d’application S’emploie chaque fois que l’intensité nécessaire à la protection est importante et que la portée demandée est élevée: •Conduites immergées ou enterrées revêtues de quelques kms : par exemple canalisation acier de 300 kms de diam 300mm, protégée par 6 postes de soutirage •Casings de forage •Structures marines importantes (appontements, quais métalliques,plates-formes pétrolières, coques de navires,..) •Réservoirs de stockage de grandes dimensions ENSPM – MIC 23/2/2006 •Ouvrages concentrés (stations de pompage ou de compression, terminaux,…) 22 Protection par drainage Courants vagabonds = courants électriques qui utilisent, pour revenir à leur source, des structures dans lesquelles ils ne devraient pas circuler. Se rencontre principalement dans le cas de V.F électrifiées. La protection par drainage qui consiste à canaliser ces courants vers leur source est la plus utilisée pour se protéger des effets corrosifs de ces courants Il est rarement possible d’intervenir sur les entrées de courants vagabonds dans une structure. C’est donc au niveau de la sortie de ces courants que l-on agit. Pour cela on établit une liaison polarisée (diode) entre la conduite et le rail, avec régulation ENSPM – MIC 23/2/2006 23 Cas particuliers de corrosions électrochimiques par effets d'interactionsEffets électr caténaire locomotive sous-station SNCF courant de traction + - rail +++++ Drainage pipeline en acier zone de corrosion ENSPM – MIC 23/2/2006 24 Dimensionnement d'un système de protection cathodiqueLe choix du système de prot ENSPM – MIC 23/2/2006 25 Chapitre 4SEUIL D'IMMUNITE Le contrôle de la protection cathodique est fondamental pour vérifier l'efficacité du sy Le critère de protection, imposé par les normes, indique que la conduitedoit avoir un « Potentiel OFF » signifie que le potentiel pris en compte pour le critère deprotection ne doit pa ENSPM – MIC 23/2/2006 26 Gradient de potentiel IR drop -1200 Potentiel en mV 4 Cu/CuSO Potentiel à la coupure -1000 -800 Dépolarisation PC en On PC en Off Coupure de la PC 0 500 1000 1500 2000 Temps en millisecondes ENSPM – MIC 23/2/2006 27 Isolement des canalisations Un dispositif de PC est étudié pour un ouvrage précis. Il est donc nécessaire qu’il soit délimité électriquement pour conserver à la PC toute son efficacité. D’où : raccords isolants, supports isolants , … (cf cours ENSPM) ENSPM – MIC 23/2/2006 28 Les prises de potentiels Permettent d’assurer un contrôle périodique de l’installation protégée. Points choisis plusieurs critères: •Accessibilité (bordure de route) •Résistivité du sol (un sol peu résistant est + agressif et la conduite aura besoin d’une surveillance accrue •Traversées de rivière •Croisement avec d’autres conduites •Passage sous gaine métallique (1 prise sur la conduite + 1 sur la gaine) •Passage sous ouvrage béton, etc…. En l’absence de points particuliers: distance moyenne entre 2 prises de potentiel = 3 km ENSPM – MIC 23/2/2006 29 Surveillance automatique de la PC Télétransmission : •par ligne PTT •par liaison radio directe •par liason radio à partir d’un avion ou hélicoptère •par utilisation de la conduite enterrée comme support de transmission •acoustique dans les milieux aquatiques Chaque poste de soutirage est doté d’un code et d’un Il émet régulièrement .L’I du courant de soutirage ENSPMémetteur. – MIC 23/2/2006 est surveillée par rapport à une consigne 30 Chapitre 5 MAINTENANCE ET SUIVI Une société spécialisée en protection cathodique doit vérifier l’installation de une fois par an à u Contrôles et périodicités : suivant la norme EN 12954 : "Protection cathodique des structures métalliques enterrés ou immergées. 5.1 - Vérification du fonctionnement des appareillage de protection Pour les anodes s 5.2 - Contrôles de l'efficacité des systèmes de protection cathodique Pour les ouvrage ENSPM – MIC 23/2/2006 31
