Etude de la corrosion caverneuse d`un acier inoxydable austénitique

Chapitre II : Synthèse bibliographique
II.1 Introduction
Les formes de corrosion localisée que sont la corrosion par piqûres et la corrosion
caverneuse (ou la corrosion par effet de crevasse), sont des phénomènes mettant en jeu des
processus électrochimiques complexes, liés à des paramètres géométriques (existence de
zones confinées…) et métallurgiques (inclusions, précipités…). Ces processus interviennent
principalement à la surface de métaux passivables, tels que les aciers inoxydables ; leur
amorçage est ainsi directement lié au film passif et à sa détérioration locale. Une fois celle-ci
établie, la dissolution anodique du métal se produit au niveau des points faibles de la surface,
ce qui provoque localement des conditions plus agressives et accélère la corrosion localisée.
L’étude de ces processus passe donc par la bonne connaissance du rôle du film passif
présent à la surface du métal, que nous résumerons dans la première partie de ce chapitre, et
par la maîtrise des modèles proposés dans la littérature pour décrire l’amorçage et la
propagation de la CC, sur lesquels nous reviendrons dans un second temps.
Par ailleurs, nous discuterons de l’intérêt d’appliquer la technique d’émission
acoustique (EA) pour le suivi et la caractérisation de la corrosion caverneuse, en présentant le
principe de la technique et les conditions d’acquisition des signaux. Nous résumerons ensuite
les travaux déjà publiés sur la corrosion qui font appel à cette technique. Cette revue
permettra de discuter de la détectabilité de la CC par EA, des sources potentielles d’émission
acoustique, ainsi que de leur signature acoustique.
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Chapitre II : Synthèse bibliographique
II.2 Le film passif
II.2.1 Généralités
Lorsqu’un métal se dissout dans un milieu, sa surface est le siège d’une réaction
anodique qui correspond à l’oxydation des atomes métalliques, c’est-à-dire dans le cas du fer :
Fe
→ Fe 2+ + 2e- (eq. II-1)
où z est la valence du métal.
En milieu acide, la réaction cathodique correspond à :
H+ + e-
→ ½ H2 (ou H3O+ + e- → H2O + ½ H2) (eq. II-2)
et en milieu neutre aéré :
½O2 + H2O + 2e-
→ 2OH - (eq. II-3)
La réaction anodique (eq. II-1) se décompose en fait en plusieurs réactions
intermédiaires. Dans le cas du fer, les espèces intermédiaires de la réaction anodique en
milieu aqueux sont des espèces hydroxylées qui sont adsorbées sur la surface. Des
mécanismes simples ont été proposés :
Fe + H2O
→ Fe(OH)+ads + H+ + 2e- (eq. II-4)
Fe(OH)+ads + H+
→ Fe2+ + H2O (eq. II-5)
Lorsque le métal est au potentiel d’abandon dans la solution, l’intensité de la réaction
anodique (iA) est égale à celle de la réaction cathodique (iK) en valeur absolue (fig. II-1). Le
potentiel pris par le métal est appelé potentiel de corrosion (Ecorr) ou encore potentiel libre
ou potentiel d’abandon. Le courant global, iG = iA + iK, s’annule au potentiel de corrosion. Si
le métal est polarisé positivement (E-Ecorr > 0), la réaction de dissolution anodique sera
prépondérante. L’intensité de cette réaction dépend aussi bien du potentiel appliqué entre le
métal et le milieu que du pH de la solution.
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Chapitre II : Synthèse bibliographique
E
Ecorr
i
icorr iG
|iK| = -iKiA
iK
-iA
Figure I1-1. Evolution des courants anodiques iA et cathodique iK en
fonction de la différence de potentiel métal-solution (E).
Activité Pré-
passivité
Passivité Transpassivité
Ecrit Ep Etp E
i
icrit
Figure II-2. Evolution du courant anodique et traduction électrochimique des
phénomènes de passivité sur le courbe i = f (E).
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Chapitre II : Synthèse bibliographique
En ce qui concerne les aciers inoxydables classiques du type X2 Cr18-Ni09 (AISI
304L), lorsque l’on impose progressivement une surtension positive au système, le courant
anodique augmente jusqu’à ce que potentiel imposé soit égal au potentiel critique (Ecrit ou
potentiel de Flade) qui est caractérisé par le courant critique (icrit). Au potentiel critique, le
courant n’augmente plus et commence à diminuer notablement (fig. II-2) suite à la formation
d’une couche constituée par des espèces oxydées, par exemple :
Fe(OH)+ ads + H2O
→ Fe(OH)2 + H+ + 2e- (eq. II-6)
En fait, dans le cas des aciers inoxydables, ce sont les hydroxydes et oxydes de
chrome de l’alliage qui jouent un rôle important voire primordial dans cette passivation
puisque la teneur minimale en chrome dans l’alliage pour obtenir une passivation naturelle se
situe entre 12 et 18 % selon le milieu ambiant.
Les espèces intermédiaires adsorbées sur la surface conduisent à la formation d’une
couche stable d’hydroxydes et cette couche est suffisamment compacte pour que la
dissolution du métal soit bloquée. Lorsque E est inférieur à Ecrit, c’est-à-dire dans une région
appelée la zone de dissolution active, la réaction anodique est l’équation II-1, elle-même étant
la somme des équations II-4 et II-5. En revanche, lorsque E est supérieur à Ecrit, l’équation II-
6 remplace l’équation II-5. Dans le domaine prépassif (Ecrit < E < Ep), l’équation II-5 est
remplacée progressivement par l’équation II-6. C’est la raison pour laquelle le courant
diminue dans cette zone. Lorsque Ep < E < Etp, le film se stabilise et la vitesse de corrosion
est très faible et constante.
La caractéristique principale d'un acier inoxydable est sa capacité à former une couche
mince appelée film passif sur sa surface. Ce film résulte d'un processus continuel
d'oxydation : ainsi l'oxygène est nécessaire pour que le film passif existe et se maintienne. La
formation de ce film empêche la corrosion de se développer.
II.2.2 Formation d’un film passif
La stabilité du film passif traduit la propriété de résistance à la corrosion d’un alliage.
La capacité de résistance est liée à la structure et la composition de ce film. Plusieurs modèles
ont été proposés impliquant différentes structures et compositions. Les modèles considérés
sont classés en deux catégories [BAR-90][FER-91] :
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Chapitre II : Synthèse bibliographique
Figure II-3. Représentation schématique de la formation d'un film passif : (a)
dissolution d'un cation et déprotonisation; (b) répétition du processus; (c) pontage
entre sites voisins; (d) film partiellement formé: il subsiste un point de dissolution
facile; (e) film consolidé par déprotonisation et formation d’un pont au point de
dissolution facile ; le résultat est un film moins hydraté [OKA-73].
Figure II-4. Profils de composition superficielle dans le film passif obtenus sur un acier
à 17% de chrome : (a) spectrométrie Auger (AES); (b) spectrométrie ionique (SIMS)
[CHA-77].
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