PARTIE II : LES CONFERENCES
publicité
PARTIE II : LES CONFERENCES NOTION DE CORROSION : CAS CONCRETS DIFFERENTS MECANISMES DE CORROSIONS PROTECTION PAR REVETEMENTS PROTECTION ANODIQUE ET CATHODIQUE AST – LP ROMPSAY 38 CONFERENCE : Fiche élève 1. Notes : 2. Questions : 3. Observations : Points forts Points faibles AST – LP ROMPSAY 39 Catherine SAVALL Juan CREUS Otavio GIL René SABOT LA CORROSION C ’est quoi? Comment protéger les matériaux de la corrosion? LABORATOIRE D’ETUDES DES MATERIAUX EN MILIEU AGRESSIF (LEMMA) AST – LP ROMPSAY 40 Partie II : Conférence – Notion de corrosion : cas concrets LABORATOIRE D’ETUDES DES MATERIAUX EN MILIEU AGRESSIF (LEMMA) MATERIAU = METAUX, MATIERES PLASTIQUES, VERRES, PAPIER CORROSION = PROCESSUS CHIMIQUE DE DEGRADATION D’UN MATERIAU PAR REACTION AVEC SON ENVIRONNEMENT EXEMPLES: Transformation de l’acier en rouille, Oxydation d’un contact électrique en cuivre, Dégradation du PVC par le rayonnement UV REACTION D’OXYDO-REDUCTION TRANSFERT D’ELECTRONS entre deux réactifs: un OXYDANT et un REDUCTEUR Exemple: Pile Cuivre / Zinc R A I K+ Cu cathode Observations: eZn anode NO3- courant de Cu vers Zn dépôt de cuivre pulvérulent sur Cu A l’électrode de Zinc: e- e- Zn2+ Cu2+ Cu2+ + SO42- Zn2+ + SO42- Equation bilan: Cu2+ + Zn oxydant AST – LP ROMPSAY Cu + Zn2+ Zn Oxydation Zn2+ +2e- A l’électrode de Cuivre : Cu2+ + 2e- Réduction Cu Il ne peut y avoir oxydation d ’une espèce chimique A sans qu ’il y ait simultanément réduction d ’une espèce chimique B réducteur 41 Partie II : Conférence – Notion de corrosion : cas concrets Remarque 1: Nécessité d ’avoir un électrolyte (eau salée, solution acide…) au contact des 2 métaux Remarque 2: Nécessité d ’avoir un contact électrique entre les 2 électrodes A A II=0 >0 anode H2 ou OHou dépot Les électrodes peuvent être des métaux très divers. Echelle galvanique: Métaux classés selon leur « noblesse » zinc/fer fer/cuivre Platine Or Argent Inox 316 Nickel Bronze Cuivre eau salée eau salée Si on met en contact électrique 2 métaux différents au contact du même électrolyte, le métal le moins noble se corrode Fer, Acier Aluminium Zinc Magnésium au profit du métal le plus noble. AST – LP ROMPSAY 42 Partie II : Conférence – Notion de corrosion : cas concrets Exemple: Eau de mer: électrolyte Coque métallique : électrode Acier Gouvernail en cuivre cuivre plus noble que l’acier La coque se corrode acier anode ... cuivre cathode Le bateau coule Et si on avait choisi du zinc, au lieu du cuivre ? acier plus noble que le zinc acier cathode La coque Le gouvernail est protégée se corrode zinc anode CORROSION DES METAUX: oxydation ION METAL Exemple: Fe Fe2++2e- Nécessité de disposer dans le milieu environnant d’un oxydant Métal + Agent Oxydant d’un électrolyte (Eau salée, goutte d’eau de pluie, humidité) Métal oxydé + Agent réducteur Dans les milieux usuels, présence de dioxygène dissous et d’eau (humidité): Demi-réaction de réduction O2(g) + 2H2O+4e- 4OH- (l) Réaction globale d’oxydo-réduction: 2Fe + O2 + 2H2O →2Fe2+ + 4 OHLe fer se ronge …. AST – LP ROMPSAY 43 Partie II : Conférence – Différents mécanismes de corrosion Corrosion généralisée Attaque uniforme sur toute la surface Diminution en épaisseur du métal Fe O2(g) + 2H2O+4e- Fe2++2e4OH- 2Fe + O2 + 2H2O →2Fe2+ + 4 OH- AST – LP ROMPSAY 44 Partie II : Conférence – Différents mécanismes de corrosion ET LA ROUILLE ??? En eau de mer (pH=8), réactions de précipitation: Fe2+ +2OH- →Fe(OH)2 Fe3+ +3OH- →Fe(OH)3 ••• FeOOH Formation d’une couche de rouille (mélange complexe de différentes phases) Corrosion localisée Attaque en un point de la surface Dissolution en profondeur du métal O2 H2O À l’échelle macroscopique O2 O2 e- O2 O2 O2 O2 Fe2+ O2 eFe En un point de la surface AST – LP ROMPSAY 45 Partie II : Conférence – Différents mécanismes de corrosion corrosion d’une canalisation d’évacuation de gaz en acier allié (inox) CORROSION PAR PIQÛRES Perforation du métal AST – LP ROMPSAY DANGER 46 Partie II : Conférence – Différents mécanismes de corrosion Corrosion par piqûre Amorçage Sur des défauts Chimiques ou physiques Propagation dissolution M acidification Mn+ + ne- Mn+ + nH2O M(OH) n + nH + Agressivité Agressivité migration des chlorures Solution stagnante : [O2] dans la piqûre Formation d ’une pile entre l’intérieur et l’extérieur Corrosion Corrosion par crevasse Amorçage Sur des défauts géométriques de la structure Sous joints, boulons, dans une zone confinée,... Propagation dissolution acidification M Mn+ + ne- Mn+ + nH2O M(OH) n + nH + Agressivité Agressivité migration des chlorures Solution stagnante : [O2] dans la piqûre Formation d ’une pile entre l’intérieur et l’extérieur Corrosion AST – LP ROMPSAY 47 Partie II : Conférence – Différents mécanismes de corrosion DU MATERIAU LES PHENOMENES DE CORROSION DEPENDENT DU MILIEU ENVIRONNANT Composition Bactéries Polluants atmosphériques (CO2, soufre…) Climat, courants…. ESTIMATION DU COÛT DE LA CORROSION : 1/4 de la production annuelle mondiale de l ’acier (en une seconde 5 tonnes d’acier sont perdues) en France : coût de la corrosion estimé à 1 euro par jour et par personne QUELQUES SECTEURS DE L ’INDUSTRIE CONCERNES AERONAUTIQUE (naval, automobile…..) CONSTRUCTION INDUSTRIE CHIMIQUE (acides….) ALIMENTAIRE ( emballages…) BIO-MEDICAL (prothèses, couronnes...) ... AST – LP ROMPSAY 48 PROTECTION CONTRE LA CORROSION Protection contre la corrosion humide Les modes de protection portent essentiellement sur le matériau et l’environnement chimique Modification du milieu Inhibiteurs de corrosion Prévention de la corrosion Protection contre la corrosion Choix du matériau compatible avec l’environnement chimique Géométrie de la structure - zone humide, - forme complexe, - éliminer les risques de corrosion sous joint ou dépôt AST – LP ROMPSAY Protection cathodique Protection par revêtements Rendre la surface du matériau métallique stable dans le milieu Rendre la surface du matériau inerte dans le milieu Protection anodique Rendre la surface électrochimiquement non active dans le milieu 49 Partie II : Conférence – Protection par revêtements Protection contre la corrosion humide Protection cathodique i (A.cm-2 ) - Réduire ou supprimer les zones anodiques à la surface du matériau par application d’un courant de l’électrolyte vers le métal Abaissement du potentiel iGlobal E M Zone de protection cathodique Ecorr EK anodes sacrificielles Courant imposé Mn+ iA iC E (V) Domaine cathodique OH- O 2 Protection contre la corrosion humide Protection par revêtements Déposer un matériau d’apport à la surface d’un substrat. Conférer à une pièce une ou plusieurs propriétés particulières en surface, tout en conservant les propriétés structurelles de la pièce avant traitement. Revêtements non métalliques Revêtements métalliques Revêtements organiques - peintures - vernis - Revêtements polymériques AST – LP ROMPSAY Revêtements inorganiques - couches de conversion - L’émail, ciment,…. - céramiques réfractaires. Ex : - Zinc, Aluminium - Chrome, nickel,…. 50 Partie II : Conférence – Protection par revêtements Protection contre la corrosion humide Revêtements et Anticorrosion Modes d’action Modification du potentiel d’électrode Effet barrière Limitation des échanges entre le substrat et le milieu électrolytique Milieu électrolytique ? Revêtement Effet par inhibition Ralentissement du processus de corrosion par inhibition d’une ou plusieurs réactions Exemple : Traitements de conversion - la finition chromique - la phosphatation substrat Revêtements organiques : Les peintures Les revêtements conducteurs, en contact électrique direct avec le substrat modifie le potentiel d ’électrode. - Potentiel mixte entre celui du revêtement et du substrat Exemple : - Les dépôts métalliques - Peintures avec pigments métalliques - Peintures conductrices. Protection contre la corrosion humide Peintures : Trois constituants principaux. (e < 100 µm) - le liant, - le solvant : produit volatil facilitant l’application de la peinture, - les matières pulvérulentes : - pigments anticorrosion, - des adjuvants (plastifiants, agents de mouillage,…) Peintures : Assurer une protection des substrats Barrière entre le milieu électrolytique et le substrat. Electrolyte peinture pores Facteur limitant la protection Présence de porosités, discontinuités, rayures substrat Corrosion localisée du substrat AST – LP ROMPSAY 51 Partie II : Conférence – Protection par revêtements Protection contre la corrosion humide Peintures : Réactivité avec le milieu électrolytique Dégradation de la peinture suite à l’infiltration d’eau Hydrolyse des chaînes macromoléculaires. Rupture des chaînes suite à l’interaction avec l ’eau Délamination ou décollement associé à une perte d ’adhérence de la peinture Perte de cohésion de la peinture. poudre Elle se désagrége Cloquage infiltration d ’eau + corrosion du substrat. Destruction chimique des liaisons assurant l’adhésion de la peinture Compatibilité chimique de la peinture avec l’électrolyte - milieu aqueux acide ou alcalin - milieu organique (hydrocarbures) Choix du système de peintures - T° d ’utilisation Protection contre la corrosion humide Revêtements métalliques Les potentiels respectifs du substrat (par ex. l’acier) et du revêtement permettent de classer les revêtements métalliques en deux catégories -1 -0,5 0 E (V/ECS) NaCl 3 % aéré aciers Zn Cd Al Revêtements anodiques Zn2+ Revêtement - Zn O2 OH- Electrolyte 2e- Cr Ti Revêtements cathodiques Le potentiel du revêtement est plus négatif que celui du substrat Revêtement sacrificiel Substrat protégé cathodiquement L’acier ne se corrode plus. OH- O2 Revêtement + Substrat AST – LP ROMPSAY Ni Fe2+ Electrolyte + 2eFe - Substrat Le potentiel du revêtement est plus positif que celui du substrat Revêtement « noble » : Bonne résistance intrinsèque à la corrosion Substrat subit une corrosion localisée 52 PROTECTION CATHODIQUE DEPOT CALCOMAGNESIEN AST – LP ROMPSAY 53 Partie II : Conférence – Protection cathodique, dépôt calcomagnésien AST – LP ROMPSAY 54 Partie II : Conférence – Protection cathodique, dépôt calcomagnésien La protection est perturbée en cas de marée basse Les dépôts visibles sur la partie inférieure de la structure protège contre la corrosion, elle limite donc le courant imposé AST – LP ROMPSAY 55 Partie II : Conférence – Protection cathodique, dépôt calcomagnésien pH très basique O2 OH- CaCO3 Mg(OH)2 Les Dépôts Calcomagnésiens Limitation du courant de protection grace au dépôt calcomagnésien Calco acier 1,6 Dépôt calcaire Dépôt magnésien Dépôt calcomagnésien - I (mA) 1,2 0,8 0,4 0,0 0 20 40 60 80 100 Temps (heures) Dépôts formés sur acier (600 tr/mn ; -1 V/ECS et 20°C) AST – LP ROMPSAY 56 PARTIE III : ACTIVITES EN DEHORS DU LYCEE VISITE DU LABORATOIRE D’ETUDE DES MATERIAUX EN MILIEUX AGRESSIFS (LEMMA) VISITE DES SITES DE PROTECTION AU PORT DES MINIMES A LA ROCHELLE PARTICIPATION AU IV FESTIVAL DU TRES COURT METRAGE DE VULGARISATION SCIENTIFIQUE A LA ROCHELLE AST – LP ROMPSAY 57 Visite du laboratoire effectuée par J.F DINHUT directeur du LEMMA AST – LP ROMPSAY 58 Photos illustrant quelques activités de l’atelier Test de reconnaissance de quelques types de corrosions sur des échantillons réalisés au LEMMA Echange avec les partenaires scientifiques Travaux en salle de sciences physiques AST – LP ROMPSAY 59 Activités expérimentales en salle de sciences physiques AST – LP ROMPSAY 60 PLANNING DES ACTIVITES DE L’ATELIER SCIENTIFIQUE2002/2003 Date Activité Thème Sept 2002 Information et recueil des candidatures LP Rompsay 08 oct. 2002 Réunion d’information Activités expérimentales 1 (AE1) LP Rompsay 22 oct. 2002 05 nov. 2002 AE2 19 nov. 2002 AE3 05 déc. 2002 Conférence 1 17 déc. 2002 AE4 AE5 Illustration de quelques types de corrosions Oxydoréduction et corrosion Classification des métaux. Equations bilan de AE1 Différents types de corrosions partie 1 Mécanismes de la corrosion : Piles électrochimiques terminologie Aération différentielle 07 janv. 2003 Lieu LP Rompsay LP Rompsay Elèves de IBAMVABP en stage LP Rompsay Elèves de IBAMVABP en stage LP Rompsay Présentée par René SABOT LEMMA LP Rompsay LP Rompsay 23 janv. 2003 Conférence 2 04 févr. 2003 Conférence 3 11 mars 2003 AE6 25 ou 27 mars 2003 Conférence 4 Evaluation partie 1 Différents types de corrosions partie 2 Protection contre la corrosion partie1 Protection contre la corrosion partie 1 Protection contre la corrosion partie2 Observations LP Rompsay LP Rompsay Présentée par René SABOT LEMMA Présentée par René SABOT LEMMA Présentée par J. Creuse LP Rompsay LP Rompsay Présentée par O. Gilles Evaluation de la partie 2 08 avril 2003 AE7 11 avril 2003 Visite du laboratoire Groupe1 06 mai 2003 Visite du laboratoire Groupe2 13 mai 2003 Sortie 27 mai 2003 LP Rompsay sortie Participation au festival du très court métrage de vulgarisation scientifique à la Rochelle 29 avril 2003 20 mai 2003 Protection contre la corrosion partie2 Découverte du travail de recherche Applications industrielles Visite des sites de protection Préparation de l’exposition des travaux Conférence 5 Bilan de l’atelier LEMMA Université de la Rochelle J.F. DINHUT LEMMA Université de la Rochelle Port - Entreprises J.F. DINHUT LP Rompsay LP Rompsay SABOT, M RAHMOUNE et Y OLLIVIER Elèves 1BAMSMA en stage R. SABOT, M. RAHMOUNE et Y. OLLIVIER N.B. : certaines dates peuvent êtres modifiées AST – LP ROMPSAY 61
