Cela arrive plus qu`on ne le croit

Corrosion microbienne
A propos de bactéries, de rouille et plus
Par Koen Vandepopuliere
Cela arrive plus qu’on ne le croit : perforation des canalisations et des parois de réservoirs, tuyaux bouchés par des produits de corrosion,… Bien souvent, les responsables
du phénomène sont des coupables inattendus. Notamment, des bactéries formant des
biofilms qui accélèrent la corrosion. Heureusement, on connaît mieux maintenant les
facteurs qui conduisent à la corrosion bactérienne, la manière de l’éviter, de la reconnaître et d’y remédier.
L
a corrosion microbienne (CM) est un phénomène que l’on sous-estime beaucoup. C’est
la thèse d’ir. Dries Demey, business manager
chez EPAS (Eco Process Assistance). “Les circuits
de refroidissement industriels sont très sensibles
à ce phénomène Mais ailleurs aussi, la CM joue un
rôle : dans les canalisations d’eau sans chlore, par
exemple, ou dans les stations d’épuration. Mais il se
produit également dans les systèmes d’extincteurs
automatiques, les échangeurs de chaleur, etc.”.
La corrosion
La corrosion est un phénomène d’attaque des matériaux par l’environnement dans lequel ceux-ci se
trouvent. Le béton peut être soumis à la corrosion,
ainsi que les matières synthétiques, céramiques,
etc. Mais en premier lieu, nous pensons aux métaux.
Un cas bien connu de corrosion est la rouille, la for34 I a q u a ra ma # 6 2
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mation d’oxydes de fer. Les attaques sous influence
purement mécanique, telles que frottement, bris par
collision ou chute, ne tombent pas dans la catégorie de la corrosion.
Une multitude de facteurs
La transformation du fer en oxyde de fer (rouille) se
fait en plusieurs étapes (mécanisme, voir encadré 3,
et la figure ‘L’histoire de la rouille’). En observant le
mécanisme, on aperçoit rapidement quelques facteurs qui facilitent la formation de rouille, et pourquoi. L’eau est certainement un facteur de corrosion. Dries Demey : “Un autre facteur très important
est le pH, le degré d’acidité. Plus l’eau est acide,
plus la réaction est rapide”. Mais il y a beaucoup
d’autres facteurs qui jouent un rôle. Le business
manager cite le cas des chlorures. Ils accélèrent la
corrosion (se comportent comme des catalyseurs)
et contribuent à l’augmentation du degré d’acidité.
“C’est la raison pour laquelle les alliages métalliques
contenant du fer se corrodent plus rapidement”,
explique l’ingénieur. “Les navires naviguant dans
l’eau salée - contenant donc beaucoup de chlorure de sodium- sont très sensibles à la corrosion, à
moins qu’ils ne soient protégés par un revêtement
de protection. La formation d’une couche protectrice spontanée joue également un rôle important.
Par exemple, un fil barbelé dont la fine couche de
rouille est peu soumise aux conditions atmosphériques, le vent ou autres facteurs d’enlèvement, ne
sera attaqué que lentement par la rouille. La raison
en est que l’oxyde de fer forme une couche protectrice pour le fer sous-jacent. En parallèle, un dépôt
de calcaire dans les canalisations est un phénomène semblable : il peut éviter la corrosion car le
métal est protégé. L’eau dure est favorable, alors
que l’eau trop douce, par exemple produite par un
adoucisseur, est plus agressive. Trop dure n’est pas
une solution non plus, puisqu’elle peut donner lieu
à l’entartrage des canalisations”.
Oxygène, carbone et nutriments
Les bactéries peuvent jouer un rôle important
dans le phénomène de la corrosion”, explique
Dries Demey. “On trouve ces organismes partout”,
explique-t-il. “Certainement, là où il y a de l’eau:
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Les circuits de refroidissement industriels
sont très sensibles à la corrosion microbienne.
Il s’agit de circuits ouverts.
ir. Dries Demey, business manager chez EPAS
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vitesse de corrosion
celle-ci transporte en effet beaucoup de matières
dont elles ont besoin pour se développer. Parmi
ces matières, des substances sources de carbone.
Pour beaucoup de bactéries, par exemple celles qui
métabolisent le soufre et les sulfates, le CO2 contenu
dans l’eau suffit. Mais en général, les microorganismes trouvent le CO2 ainsi que d’autres nutriments
dans les petites impuretés de l’eau. La plupart, les
aérobies, ont besoin d’oxygène dissout dans l’eau.
D’autres, des récepteurs d’électrons n’ont pas besoin
d’oxygène, mais, par exemple, de sulfates: il s’agit
de bactéries anaérobies”.
u Plus l’eau est acide,
plus la réaction est rapide
(graphique :EPAS).
Ouvert ou fermé
Il ne faut donc pas beaucoup pour faire prospérer les bactéries. Ir. Demey : “Dans un circuit d’eau
fermé tel que le chauffage central nous ne devons
pas les craindre outre mesure. La raison en est que
les matières dont les bactéries ont besoin, telles
que carbone et oxygène, sont rapidement épuisées,
les empêchant de se multiplier. Etant donné que
les bactéries prospèrent moins dans les systèmes
fermés, nous ne devons pas craindre l’apparition
de rouille ou d’autres types de corrosion. Il en va
autrement dans les circuits ouverts, par exemple
dans le cas d’un robinet : si celui-ci est en fonte, il
sera rouillé dans les plus brefs délais. Autre exemple : les circuits de refroidissement industriels. Ils
sont très sensibles à la corrosion bactérienne. En
effet, il s’agit de circuits ouverts. En outre, souvent
filtrée ou conditionnée d’une autre manière, l’eau
peut être soumise à d’autres types de contamination, notamment par le carbone et par l’oxygène.
Les bactéries peuvent prospérer généreusement
et induire la CM”.
Diagnostic
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photo KV
“Une analyse chimique est la première étape pour
résoudre un problème de corrosion” explique
Dries Demey. “On prend des échantillons de l’eau,
et on mesure le pH, la concentration en carbonates, chlorures, sulfates,…L’étape suivante pourrait être une analyse microscopique de l’eau,
pour vérifier la présence de bactéries typiques de
la CM : bactéries produisant des EPS, réduisant
les sulfates, oxydant le soufre,… Parfois il y a lieu
de rassembler plus d’informations, de compter
les bactéries de manière classique (par exemple
par comptage sur plaques), ou par des méthodes
modernes, ATPmétrie. Dans les cas les plus complexes il faut identifier les bactéries par leur ADN
et ARN. La localisation de l’endroit où se forment
les biofilms se fait au moyen d’un débitmètre
électromagnétique : aux endroits de faible débit,
le risque est plus grand. Parfois il sera nécessaire
d’ouvrir une canalisation et d’étudier au microscope le matériau atteint.
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environnement typique propice à la CM. La zone la
plus sensible est celle où les boues activées sont
en contact avec les parois et l’air. Pour protéger la
paroi, il convient d’y appliquer un revêtement. S’il
s’agit d’une application où le métal n’est pas indispensable, il faut envisager des canalisations en
matières synthétiques. “Mais, même dans cellesci, il se forme des biofilms”, précise Dries Demey.
Ils ne présentent pas un danger de corrosion, mais
peuvent contaminer l’eau, ce qui peut être néfaste,
par exemple dans des process critiques comme on
en trouve dans l’industrie agroalimentaire.”
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u Les circuits ouverts sont sensibles à la corrosion.
Comme dans le cas d’un robinet : s’il est en fonte, il sera
rouillé dans les plus brefs délais. (photo iStock, par EPAS)
u Bassin de boues activées : l’eau sur la partie inférieure
Classe d’eau
comme relativement corrosive, ou ait tendance à
produire des dépôts de calcaire. La température joue
également un rôle important. Les hautes températures en effet accélèrent les réactions chimiques,
dont l’oxydation des métaux. Les bactéries se multiplient également plus rapidement à 20 ou 35°C,
par exemple, qu’à très basse ou haute température ;
sans oublier que des biofilms peuvent se former dans
l’eau particulièrement froide ou chaude.
Une bonne conception permet d’éviter la corrosion
microbienne. Tout d’abord par le choix des matériaux. Dries Demey met d’emblée le doigt sur un malentendu : notamment que l’inox, donc l’acier inoxydable, résiste de toute façon à la corrosion. Ce n’est
pas toujours le cas. Quelques types d’inox (par exemple le 316L) résistent plus, d’autres (par exemple le
304) moins. Il est important de choisir les matériaux en fonction des propriétés de l’eau. Une analyse chimique est nécessaire pour déterminer la concentration en sel, le pH, la dureté,… Dries Demey
explique que sur base de ces résultats, on peut calculer des indices permettant de déterminer le matériau approprié. Exemples connus : l’indice de Langelier et l’indice de Ryznar. Calculés à partir du pH, de
l’alcalinité de l’eau et de la conductivité, ils définissent la classe d’eau. Il se peut que l’eau apparaisse
de la photo, et un peu au-dessus, la corrosion (photo
EPAS)
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Vitesse d’écoulement
“A la conception de l’équipement il faut prévoir une
vitesse d’écoulement suffisamment élevée”, poursuit Ir. Demey. La règle de base est de 2m/s. A ces
vitesses, le risque est faible que les bactéries restent accrochées aux parois. Il faut éviter le plus
possible des zones où la vitesse de l’eau diminue,
comme par exemple les coudes.
Revêtement
Lorsque, en termes de résistance à la corrosion,
un type de métal ne peut être rangé dans aucune
classe d’eau, il est conseillé d’utiliser un revêtement
préventif. Par exemple, une peinture anticorrosion,
ou un revêtement époxy. Un exemple bien connu est
fourni par les stations d’épuration disposant de bassins en acier dans lesquels l’eau est aérée. C’est un
Conditionnement de l’eau
L’idéal serait que l’on réduise les risques de CM
déjà dans la phase de conception. Mais on a souvent affaire à des installations existantes. Dans ces
cas-là, l’on peut cependant conditionner l’eau pour
diminuer les risques de corrosion. Dries Demey :
“Deux types de produits conviennent. En premier
Plus que du fer
Dries Demey affirme que le mécanisme de corrosion d’autres métaux présente des similitudes avec
la formation de rouille sur le fer. Le zinc, le cuivre
et l’aluminium, par exemple, ont également tendance à produire des électrons libres et, de nouveau, le phénomène est plus soutenu lorsque le
pH de l’eau est plutôt faible. Dans certaines circonstances, il se forme sur ces métaux une fine couche d’oxyde de zinc, de cuivre ou d’aluminium
qui protège le métal contre une attaque de corrosion en profondeur. Le phénomène de la corrosion n’a pas seulement lieu dans les métaux : des
matériaux tels que le béton ou l’asphalte y sont
également sujets, mais dans une moindre mesure.
Même le plastique n’est pas épargné : il y a des bactéries qui attaquent le nylon.
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Photo Istock/EPAS
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u Selon Dries Demey, l’analyse chimique est
la première étape dans la résolution d’un problème de corrosion (photo KV)
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lieu, il y a ceux qui ralentissent la vitesse de corbio icro
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Le process comprend la libération d’électrons à la surface du métal (anode = oxydation =
libération d’électrons) avec formation d’ions Fe2+ solubles
2 Fe w 2 Fe2+ (aq) + 4 e - (1)
L’eau et l’oxygène réagissent avec les électrons libérés (cathode = réduction = absorption
d’électrons) :
O2 + 2 H2O + 4 e - w 4 OH- (2)
Les réactions (1) et (2) donnent lieu à la formation d’oxyde de fer :
Fe2+ + 2OH- w Fe(OH)2
En cas de pH très acide, les ions d’hydrogène libres réagissent avec les électrons libres, accélérant encore la corrosion.
2H+ + 2 e - w H2
La combinaison des réactions anodiques et cathodiques ci-dessus donnent lieu à la formation de divers oxydes de fer :
2Fe + O2 +2 H2O w 2Fe(OH)2 Oxyde Fe II
4Fe(OH)2 +2H2O +O2 w 4Fe(OH)3 Oxyde Fe III
4Fe(OH)2 +O2 w 2H2O+2Fe2O3.H2O Rouille= oxyde de fer hydraté
Le chlore a l’effet suivant:
Fe2+ + 2Cl- w FeCl2
FeCl2 +2H2O w Fe(OH)2+2HCl
u l’histoire de la rouille (représentation EPAS)
rosion, les inhibiteurs de corrosion. Il s’agit par
exemple de carbonates que l’on ajoute à l’eau pour
augmenter la dureté, et qui donneront lieu à une
couche protectrice de dépôt de calcaire. A ce groupe
appartiennent aussi les produits qui inhibent la corrosion par voie chimique. Ils contiennent par exemple un composé qui réagit avec l’oxygène, plutôt
qu’avec le fer. En second lieu, il a le groupe qui comprend des produits qui empêchent les bactéries de
proliférer. Le plus connu parmi ces produits est le
chlore, donc de l’eau de javel. L’inconvénient est
qu’on ne peut en utiliser beaucoup. Pour l’eau de
ville, c’est l’idéal car elle contient de toute façon
peu de bactéries. Mais on n’accepte plus aujourd’hui des produits qui tuent tout. C’est la raison
pour laquelle les surfactants, des savons en réalité, prennent de plus en plus d’importance. Ils rendent les surfaces tellement glissantes que les bactéries ne peuvent plus s’y accrocher. Mais la société
s’attend à ce que ces produits soient biodégradables, ce qui n’est pas toujours évident”.
Ultraviolet
Le nettoyage mécanique est un autre remède possible. Ir. Demey : “On utilise souvent des lampes
UV. Leur rayonnement ultraviolet tue les bactéries
qui se trouvent dans l’eau. Ce procédé est efficace
lorsque l’eau n’est pas trop trouble. Le problème est
que les bactéries qui ne sont pas soumises aux UV,
survivent. Les UV n’ont pas d’effet sur une colonie
de bactéries installée loin de la lampe.”.
Plus que des métaux
Les biofilms peuvent donc induire des problèmes de
corrosion, et plus souvent qu’on ne le soupçonne.
D’ailleurs, dans certains cas très rares, les facteurs
sont tels qu’il y a développement de la légionelle,
qui peut conduire à une maladie mortelle, la légionellose. Mais, c’est une autre histoire.
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www.epas.be
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