corrosion : définitions facteurs de corrosion humide - chimie-pce

CORROSION : DÉFINITIONS
La corrosion désigne l'ensemble des phénomènes par lesquels un métal ou un alliage
métallique tend à s'oxyder en ions métalliques, sous l'influence de réactifs gazeux ou en
solution.
La corrosion est dite sèche lorsque les agents oxydants ne sont pas en solution.
Il s'agit ici d'une corrosion des métaux par le dioxygène gazeux : ce problème a déjà été traité dans le chapitre
consacré aux diagrammes d'Ellingham. Revoir les conditions de corrosion et la notion de pression de
corrosion.
Deux cas sont possibles:
la couche d'oxyde forme une pellicule protectrice sur le métal, qui ne subit plus d'oxydation
ultérieure (cas de l'aluminium, du nickel, du chrome, …).
la couche d'oxyde est poreuse, et n'empêche pas l'oxydation en profondeur du métal (cas du fer, …).
La corrosion est dite humide dans le cas contraire.
FACTEURS DE CORROSION HUMIDE
MISE EN EVIDENCE
bouchons de caoutchouc
bouchons de liège
température ambiante
cristaux de
CaCl2
eau bouillie
et vaseline
pas de corrosion
eau distillée
corrosion faible
eau salée
corrosion forte corrosion très forte
CONCLUSION
La présence simultanée de dioxygène et d'eau est un facteur favorable à la
corrosion ; il en est de même avec la présence d'ions même s'ils sont inertes.
1
CORROSION DIFFERENTIELLE
Dès que le mélange réactionnel n'est pas parfaitement homogène, apparaît une corrosion dite
différentielle car elle s'exerce de manière différente dans les différentes zones du système.
Eau contenant :
- Phénolptaléine
- [Fe(CN)6]3- NaCl
- Agar-agar
éventuellement
a) expériences
Clou en fer
Plaque d’acier (= Fe)
Les zones bleues indiquent l’apparition d’ions Fe (II) et les zones roses l’apparition d’ion hydroxydes.
2 OH-
b) interprétation : micropile
H2O + ½ O2
ClNa+
Fe2+
2 e-
Fe
CATHODE
ANODE
c) généralisation
Toutes les causes d'hétérogénéité du système interviennent :
- contact entre deux métaux différents ou gradient de
concentration dans le cas d'un alliage = pile de
corrosion = corrosion galvanique
- gradient de composition de la solution = pile de
concentration
mV
Fe
anode
Cu
cathode
Ag
eau salée
Ag
AgNO3
AgNO3
c1
c2
- accidents de surface (expérience du clou) (piqûres,
grains, …).
- gradient de température
- aération différentielle (goutte d’Evans)
- corrosion bactérienne qui introduit une oxygénation
différentielle.
- gradient de composition dans le cas d'un alliage
- surface relative des électrodes : une grande cathode associée à une petite anode conduit à une densité de
courant anodique très élevée donc à une corrosion localisée par piqûres.
2
METHODES DE PROTECTION
1°
REVETEMENT NON METALLIQUE
* émail,
* peinture (type minium Pb3O4 peinture antirouille),
* film de matière plastique (grillage plastifié)
* vernis,
L'inconvénient majeur de ces procédés est lié au phénomène de corrosion par aération différentielle
lorsque le métal est mis à nu.
2°
PROTECTION ANODIQUE (LE METAL JOUE LE ROLE D’ANODE)
a) passivation
Certains métaux peuvent en
présence d'un oxydant, former à leur
surface un film d'oxyde fin, adhérent et
continu. Ils sont alors pratiquement
inertes même dans des milieux agressifs
(ex milieu marin). C'est le cas du titane,
du chrome, de l'aluminium anodisé...
i
V
Ce n'est pas le cas de l'acier sauf s'il comporte un pourcentage massique en Cr supérieur à 12% (acier
inoxydable).
b) couche protectrice grâce à une réaction chimique (ex : parkérisation du fer en plongeant une tôle d'acier
dans une solution chaude d'acide phosphorique ce qui provoque l'apparition d'une couche de phosphate de fer
imperméable)
c) protection anodique électrochimique
Cette fois le fer est relié au pôle positif d'un générateur de telle sorte que le point de fonctionnement soit dans le
domaine de passivation du fer. La pièce se recouvre d’une couche d’oxyde protectrice.
3°
REVETEMENT
METALLIQUE
* dépôt d'une couche d'un autre métal résistant mieux à la corrosion.
* dépôt réalisé par électrolyse (chromage, nickelage, argenture, zingage...)
* dépôt réalisé par immersion dans un bain de métal fondu (galvanisation)
Dans le cas du zinc, celui-ci résiste mieux à la corrosion car il se recouvre d'une
couche d'hydrocarbonate imperméable. De plus en absence de cette couche, la vitesse
d’oxydation de Zn reste faible car la surtension cathodique de H2/H2O est élevée.
Dans l'électrozingage, la pièce métallique joue le rôle de cathode ; le bain électrolytique est une
solution concentrée de Zn (II) (en général ZnCl4- ou Zn(OH)4-) et l'anode est en Zn très pur. La teneur
en Zn du bain est maintenue constante par "dissolution" de l'anode. Le dépôt fait 5-10 µm.
La galvanisation repose sur la différence des températures de fusion du zinc (419°C) et de fer
3
(1535°C). Avant immersion la pièce est dégraissée et décapée. La température du bain (450°C) est
suffisante pour que les deux métaux diffusent l'un dans l'autre en formant plusieurs couches d'alliages.
Il arrive que la couche protectrice présente quelques défauts ponctuels (défaut d'adhérence, destruction
locale...) ; une micropile se forme et c'est le métal le plus électropositif qui est oxydé en cas
de perforation de la couche protectrice.
ex : fer galvanisé : c'est Zn qui est attaqué (voir anode sacrificielle)
La couche protectrice se corrode avec le temps mais le métal reste protégé en cas de
rayure.
ex : fer chromé ou nickelé : c'est le fer qui est corrodé !!
Très bonne protection tant que le revêtement n’est pas écaillé ou rayé…
4°
PROTECTION CATHODIQUE(LE METAL JOUE LE ROLE DE CATHODE)
a) anode sacrificielle
Le fer à protéger est relié électriquement à du zinc (ou à un métal plus électropositif que lui, ex : Mg). On a
réalisé une pile de corrosion dans laquelle le fer est la cathode et le zinc l'anode.
L'intérêt de la protection cathodique réside dans sa
permanence.
regard
Il convient de prévoir un dispositif d'élimination des ions
sous-sol
Zn2+ (ou Mg2+) formés lors de la dissolution de l'anode
protectrice, par exemple en la plaçant sur un lit de sable
électrode
⊕
(poreux).
en zinc (ou Mg)
⊖
(anode)
On peut protéger de cette façon les coques en acier des gros
canalisation (fer)
(cathode)
navires, en y fixant des blocs de zinc.
b) protection cathodique par courant imposé.
⊖
⊕
sous-sol
électrode
en graphite
(anode)
On relie le fer au pôle négatif d'un générateur de telle sorte que
le point de fonctionnement soit dans le domaine d'immunité du fer.
Cette méthode est particulièrement utilisée pour les ouvrages
enterrés (canalisations diverses, pipelines ou sealines) et les ouvrages
immergés (carènes de navires, docks flottants, …).
Il peut se produire un dégagement de H2 sur la pièce.
canalisation (fer)
(cathode)
COUT DE LA CORROSION
La corrosion est estimée à 1,5 milliard d’euros par an en France soit environ 4% du PNB.
La corrosion détruit ¼ de la production mondiale annuelle d’acier soit environ 5 tonnes par
seconde.
4