LES UTILITÉS

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PROTECTION CATHODIQUE
MANUEL DE FORMATION
COURS EXP-PR-UT120-FR
Révision 0.1

Exploration & Production
Les Utilités
La Protection Cathodique
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Dernière Révision : 07/06/2007 Page 2 de 80
UTILITÉS
PROTECTION CATHODIQUE
SOMMAIRE
1. OBJECTIFS .....................................................................................................................4
2. PRÉAMBULE...................................................................................................................5
3. MÉCANISMES DE CORROSION....................................................................................6
3.1. APPROCHE ÉLECTROCHIMIQUE DE LA CORROSION........................................6
3.1.1. Réactions de corrosion......................................................................................6
3.1.2. Piles de corrosion..............................................................................................8
3.1.2.1. Que se passe-t-il ? .......................................................................................9
3.1.2.2. Réaction galvanique...................................................................................11
3.2. ÉCHELLES DE POTENTIEL...................................................................................14
3.2.1. Échelles de potentiel d’oxydoréduction ...........................................................14
3.2.2. Échelle de potentiel libre .................................................................................17
3.3. PHÉNOMÈNE DE PASSIVATION, RUPTURE DE PASSIVITÉ..............................18
3.3.1. Formation d’une couche protectrice ou d’un film passif...................................18
3.3.1.1. Corrosion de l’acier dans de l’eau saturée en CO2....................................18
3.3.1.2. Corrosion du cuivre dans de l’eau de mer..................................................18
3.3.1.3. Corrosion de l’acier dans l’eau aérée.........................................................19
3.3.1.4. Aciers inoxydables .....................................................................................21
3.3.2. Rupture de passivité........................................................................................22
3.4. LA PILE ÉLECTROCHIMIQUE SUR SITE..............................................................23
3.4.1. Analogie entre pile électrochimique et tuyau...................................................23
3.4.2. La corrosion galvanique sur site......................................................................24
3.4.2.1. La pile électrochimique acier......................................................................24
3.4.2.2. Pile chimique entre 2 métaux différents .....................................................25
3.5. CORROSION BIMÉTALLIQUE ...............................................................................28
3.5.1. Conditions nécessaires pour la corrosion bimétallique....................................28
3.5.1.1. Électrolyte ..................................................................................................28
3.5.1.2. Connexion électrique .................................................................................28
3.5.1.3. Différence de potentiel ...............................................................................28
3.5.1.4. Réaction cathodique ..................................................................................28
3.5.2. Facteurs qui affectent la vitesse de corrosion .................................................29
3.5.2.1. Potentiel d’électrode...................................................................................29
3.5.2.2. Rendement des électrodes ........................................................................31
3.5.2.3. Potentiel variable........................................................................................31
3.5.2.4. Électrolyte ..................................................................................................32
3.5.2.5. Rapport de surface.....................................................................................33
4. SOLUTION À LA CORROSION GALVANIQUE ............................................................36
4.1. PROTECTION MÉCANIQUE ..................................................................................36
4.2. PRINCIPE DE LA PROTECTION CATHODIQUE...................................................36
4.2.1. Les grands principes de la protection cathodique (P.C.) .................................36
4.2.2. Critère d’évaluation ou de détermination de l’efficacité de la P.C....................37
4.2.2.1. Tensions de référence ...............................................................................38
4.2.2.2. Densité de courant .....................................................................................38

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4.2.3. L’électrode de référence en calomel ...............................................................39
4.3. LES DIFFÉRENTES CONFIGURATIONS SUR SITE.............................................41
4.3.1. Protection en mer ............................................................................................41
4.3.1.1. Spécificité du courant imposé ....................................................................42
4.3.1.2. Spécificité des plates-formes / barges / bateaux flottants ..........................42
4.3.2. Protection à terre.............................................................................................44
4.3.2.1. Tuyaux et anodes solubles.........................................................................45
4.3.2.2. Structures et courant imposé .....................................................................47
5. LE SYSTÈME À ANODE SOLUBLE..............................................................................48
5.1. INSTALLATIONS D’ANODES.................................................................................48
5.1.1. Avantages des systèmes à anodes solubles...................................................48
5.1.2. Inconvénients du système à anodes solubles .................................................49
5.1.3. Anodes solubles en mer..................................................................................49
5.1.4. Anodes solubles sur terre................................................................................52
5.2. SURVEILLANCE DES ANODES SOLUBLES.........................................................53
5.2.1. En mer.............................................................................................................53
5.2.2. À terre..............................................................................................................56
5.2.3. Applications spécifiques ..................................................................................57
6. LE SYSTÈME À COURANT IMPOSÉ ...........................................................................58
6.1. DÉVERSOIRS.........................................................................................................59
6.1.1. Avantage du système......................................................................................59
6.1.2. Inconvénients du système...............................................................................60
6.1.3. Principe du système de déversoir ...................................................................60
6.1.4. Différentes méthodes de courant imposé / déversoirs.....................................60
6.1.5. Interconnexions de masse...............................................................................61
6.1.6. Problème d’interconnexions de masse’...........................................................63
6.1.7. Installation d’anode .........................................................................................63
6.2. ALIMENTATION ET CONTRÔLE ...........................................................................64
6.2.1. Besoin en matière de courant..........................................................................64
6.2.2. Le panneau du redresseur d’alimentation .......................................................64
6.2.3. Maintenance de l’unité d’alimentation..............................................................65
6.2.4. Distribution de potentiel...................................................................................66
6.2.5. Contrôle centralisé ..........................................................................................67
7. PARAMÈTRES DE LA PROTECTION CATHODIQUE..................................................68
7.1. LIMITATIONS D’EFFICACITÉ ................................................................................68
7.2. INTERFÉRENCES..................................................................................................68
7.3. ASPECTS NÉGATIFS DE LA PROTECTION CATHODIQUE ................................68
7.4. MESURE ET CONTRÔLES ....................................................................................69
7.5. CONCLUSION ........................................................................................................69
8. EXERCICES ..................................................................................................................70
9. GLOSSAIRE..................................................................................................................74
10. SOMMAIRE DES FIGURES ........................................................................................75
11. SOMMAIRE DES TABLEAUX .....................................................................................77
12. CORRIGÉ DES EXERCICES ......................................................................................78

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1. OBJECTIFS
Pouvoir expliquer, en en comprenant les fondements, les principes de fonctionnement et
de maintenance des différents types de systèmes de protection cathodique que l’on trouve
sur un site industriel.
Après cette formation, l’élève doit pouvoir :
Expliquer le mécanisme de la corrosion galvanique
Faire le lien entre corrosion galvanique, phénomènes galvaniques et les effets
indésirables du courant anodique
Reconnaître, à cathode protégée, la destruction de l’anode
Distinguer les 2 types de protection cathodique
Expliquer le principe des anodes solubles
Distinguer les matériaux employés pour les électrodes solubles et les électrodes
de référence
Faire la différence (ou le rapprochement) entre protection en mer et à terre
Expliquer le principe du système à anodes à courant imposé
Interpréter les mesures de contrôle de tension et courant
Estimer le niveau (ou la qualité) de la protection cathodique sur un site, en
fonction des mesures et contrôles de corrosion.

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2. PRÉAMBULE
Au fil des progrès de l’industrie moderne, l’emploi de structures métalliques souterraines,
telles que pipelines, câbles de communication, revêtements de puits et installations de
stockage est devenu très courant.
Avec l’augmentation du nombre de structures souterraines, ce sont aussi les problèmes
de corrosion qui ont augmenté, principalement de corrosion galvanique, faisant croître les
coûts de réparation. Aujourd’hui, malgré l’installation d’une bonne protection telle que la
protection cathodique, le personnel d’exploitation n’est pas vraiment au fait de l’importance
d’un tel système.
Il m’a été donné de voir, plus souvent qu’à mon tour, le tableau de protection cathodique
(pour le système de courant imposé) hors tension et/ ou le courant ne faisant l’objet
d’aucun réglage...
J’ai pu voir en de nombreux endroits, le long de pipelines enterrés, les boîtiers de
commande détruits ou débranchés (câbles traînant ou coupés).
Il m’est également arrivé de voir le personnel de production se demander pourquoi le
pipeline fuyait (encore) (et était totalement corrodé) – alors qu’il n’y avait pas de protection
cathodique effective.
Par conséquent, l’objectif du présent cours est :
Plutôt que de présenter la corrosion en général, simplement de s’intéresser à la
corrosion galvanique causée par un courant électrique normal, pour laquelle une
solution évidente consiste à fournir un « contre-courant » : la protection
cathodique.
De faire en sorte que le personnel d’exploitation se sente concerné par cette
protection, en n’en laissant pas l’entière responsabilité au seul électricien de
maintenance et au service corrosion. La protection cathodique nécessite un
contrôle permanent : un câble de terre débranché, un mauvais (ou inexistant)
courant imposé peuvent être à l’origine d’une corrosion galvanique. La tâche
courante d’un opérateur est de déterminer immédiatement ce qui cause la
destruction de « son » matériel.
La protection cathodique reste une méthode efficace de pallier l’action destructrice de la
corrosion galvanique. Mais avant de nous intéresser à la protection cathodique, voyons les
principes de la corrosion.