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Chapitre I Généralités CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Chapitre I INTRODUCTION CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON DEFINITIONS … … ET QUELQUES QUESTIONS CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Définition Définition de de la la corrosion corrosion Dégradation des matériaux par le milieu ambiant. CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Définition Définition de de la la corrosion corrosion Réaction d'oxydoréduction irréversible entre un métal et un agent oxydant contenu dans le milieu ambiant CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Définition Définition de de la la corrosion corrosion Réaction interfaciale qui implique : ¾ une consommation du matériau ¾ une dissolution dans les produits de corrosion solides, des composantes de l'environnement corrosif ¾ une dissolution dans l’environnement corrosif des produits de corrosion solubles CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Définition de la corrosion • Attaque d'un matériau métallique sous l'action chimique (3% des cas) ou électrochimique (97% des cas) du milieu environnant • Attaque parfois non destructive : cas des métaux PASSIVABLES CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Passivation Passivation des des métaux métaux Les produits de corrosion forment un film : adhérent imperméable continu et uniforme La vitesse de corrosion est limitée mécaniquement résistant Ex : Aluminium et alliages, titane, cuivre, … CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Coût de la corrosion • Financièrement très élevé : environ 5% du PNB dans les pays industrialisés • Gaspillage important des ressources naturelles • Provoque des nuisances considérables voire des accidents mortels • 30% des pertes pourraient être évitées grâce à un meilleur contrôle des phénomènes CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Quelques questions fondamentales ! • Quelle est la différence entre la rouille et les autres types de produits de corrosion ? • Pourquoi les métaux se corrodent-ils ? • Comment les métaux se corrodent-ils ? • Est-ce que tous les métaux se corrodent ? • A quelles vitesses se corrodent-ils ? CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Différence entre la rouille et les autres produits de corrosion ¾ On confond souvent corrosion et rouille ¾ La rouille est le produit solide issu de la corrosion du fer ou de l'acier ¾ La corrosion est un phénomène destructif qui affecte tous les métaux ¾ Les produits de corrosion sont différents selon le métal attaqué CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Rappels historiques… et préhistoriques ! ¾ La pierre taillée : -10000 avant JC (paléolithique/néolithique) ¾ L’âge du cuivre : -2500 à –2000 (chalcolithique) ¾ L’âge du bronze : -1900 à –700 ¾ L’âge du fer : -1000 à 1200 ¾ L’âge de la fonte : 1300 à 1800 ¾ L’âge de l’acier : depuis 1800 CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Pourquoi les métaux se corrodent-ils ? métal pur oxygène humidité E N E R G I E Etat stable minerais CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON NOTION DE POTENTIEL ET DE SERIE GALVANIQUE CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Potentiels redox standard CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Mesure de la différence de potentiel entre 2 métaux V Electrolyte/milieu M1 CORROSION - Chapitre I : GENERALITES M2 ISITV E. ARAGON Mesure de potentiel d’un métal V Electrolyte/milieu Métal Electrode de référence CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Notion de série galvanique • Classement des métaux et Potentiel du métal plus cathodique ou plus noble alliages selon leur résistance à la corrosion dans un milieu donné • Permet de prévoir la corrosion en cas de couplage de 2 métaux - corrosion du métal moins noble - non corrosion du métal plus noble - corrosion plus importante si le ∆E entre les 2 métaux est important CORROSION - Chapitre I : GENERALITES E/réf. or argent titane acier inoxydable cuivre bronze, laiton fer aluminium zinc magnésium Potentiel du métal moins cathodique ou moins noble ISITV E. ARAGON Ordonner les métaux suivants en commençant par le plus noble • • • • • • Zinc Acier au carbone Aluminium Cuivre Or Acier inoxydable CORROSION - Chapitre I : GENERALITES • • • • • • Or Acier inoxydable Cuivre Acier carbone Aluminium Zinc ISITV E. ARAGON Série galvanique en eau de mer CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Chapitre I NOTION DE PILE ELECTROCHIMIQUE CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Pile électrochimique Deux métaux en contact électrique : •un électrolyte (eau + sel) •un multimètre (pour courant continu), une ampoule ou un petit moteur CORROSION - Chapitre I : GENERALITES i + - Cu Zn C A T H O D E A N O D E ELECTROLYTE ISITV E. ARAGON Quelles réactions ont lieu quand les métaux se corrodent ? A l'anode : A la cathode : • les métaux se corrodent • l'énergie libérée à l'anode et de l'énergie électrique est consommée est libérée • la cathode est une surface • l'anode est une surface où le courant quitte un où le courant continu électrolyte entre dans un électrolyte - pH < 7 (dégagement de H2) - pH > 7 (formation de OH-) CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Chapitre I PRINCIPAUX MECANISMES CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON CORROSION GALVANIQUE CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion galvanique (corrosion bimétallique) • Contact électrique entre deux métaux différents dans un électrolyte • L'intensité de l'attaque dépend : - de la différence de potentiel (donnée par la série galvanique) - des surfaces de la cathode et de l'anode - de la distance entre l’anode et la cathode - de la résistance électrique du circuit galvanique CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion galvanique (corrosion bimétallique) CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion galvanique (corrosion bimétallique) CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion galvanique CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Effet de la surface lors d'une corrosion galvanique • Une petite cathode en contact avec une grande anode : faible corrosion généralisée • Une grande cathode en contact avec une petite anode : piqûres CORROSION - Chapitre I : GENERALITES Corrosion uniforme Cathode Anode Anode Concentration de la corrosion Cathode Cathode Anode ISITV E. ARAGON Cas de l'acier et du zinc en contact électrique dans l'eau de mer • Le zinc, plus électronégatif (moins noble) que l'acier, fournit des électrons à celui-ci • Le zinc se corrode et protège l'acier CORROSION - Chapitre I : GENERALITES EAUDE MER Acier Zinc Al Mg ISITV E. ARAGON Cas de l'acier et du cuivre en contact électrique dans l'eau de mer • Le cuivre, plus électropositif (plus noble) que l'acier, reçoit des électrons de celui-ci • L'acier se corrode et protège le cuivre CORROSION - Chapitre I : GENERALITES EAU DE MER Cu Acier ISITV E. ARAGON Prévention de la Corrosion galvanique • Empêcher le contact électrique entre les deux métaux : ⇒ Joints ou rondelles isolantes, revêtements organiques • Choisir 2 métaux proches dans la série galvanique • Favoriser des surfaces cathodique faibles et des surfaces anodiques importantes • Augmenter la résistivité de l’électrolyte : ⇒ revêtement de l’anode et/ou de la cathode CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON CORROSION D’UN METAL ISOLE CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion d’un métal isolé HUMIDITE i - - ANODE + + + + + - i ¾ Anode : Fe→Fe2+ + 2e- CORROSION - Chapitre I : GENERALITES CATHODE - + + + + ¾ Cathode : 2H+ + 2e-→H2 1/2 O2 + 2e- + H2O→2 OHISITV E. ARAGON CORROSION PAR AERATION DIFFERENTIELLE CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion par aération différentielle CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion par aération différentielle Zone de confinement Ö absence d ’oxygène Ö zone anodique CORROSION Zone aéré : Ö présence d ’oxygène Ö zone cathodique boulonnage CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion par aération différentielle CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion par aération différentielle Corrosion sous dépôts CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion par aération différentielle Corrosion sous dépôts CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion par aération différentielle CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion par pile géologique CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Gestion de la corrosion par aération différentielle : • Isolation : - rondelle non métallique - des joints - revêtement barrière • Cordons de soudure continus et rectifiés • Conception CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON CHAPITRE I DIFFERENTES FORMES DE CORROSION CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion uniforme ¾ Perte uniforme de métal en surface Surface d’origine ¾ Se produit sur tous les métaux ¾ Vitesse de corrosion non linéaire CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion uniforme CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion uniforme CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion uniforme CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion par piqûres ¾ Pénétration dans la masse selon la verticale ¾ Propriétés mécaniques peu affectées ¾ Faibles pertes de poids Oxydes ¾ Danger de perforation ¾ Attaque insidieuse ¾ Métaux passivables : Aciers inox, aluminium CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion par piqûres CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion par piqûres CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion caverneuse ¾ Associée aux faibles volumes de solutions stagnantes ¾ Liée a un gradient en concentration d'oxygène : aération différentielle ¾ 2 étapes : - incubation (lente) - propagation (rapide) ¾ Aciers inoxydables CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion caverneuse CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion caverneuse CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion caverneuse CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion caverneuse La corrosion par crevasse peut être réduite par : ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ l'usage de soudures au lieu de brides et de joints l'absence de zones confinées un bon drainage (absence de rétention d'eau) des rondelles de caoutchouc ou de Téflon en évitant les dépôts (corrosion sous dépôt) CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion intergranulaire ¾ Corrosion préférentielle du joint de grain corrosion aux joints de grains soudure ¾ Cas des aciers inoxydables austénitiques dans la Zone Affectée Thermiquement (ZAT) d'une soudure CORROSION - Chapitre I : GENERALITES grains ISITV E. ARAGON Corrosion intergranulaire CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion intergranulaire CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion sélective ¾ Le métal anodique composant un alliage est sélectivement corrodé ¾ Dézincification des laitons et Graphitisation de la fonte ¾ Perte des propriétés mécaniques ¾ Identification : changement de couleur CORROSION - Chapitre I : GENERALITES cuivre poreux laiton : alliage Cu-Zn ISITV E. ARAGON Corrosion sélective CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion sélective Observation au MEB CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion sélective Alliage quaternaire Al(40%) Cu(20%) Cd(20%) Zn(20%) CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion sélective CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Erosion corrosion ¾ Fluide en mouvement chargé de particules solides ¾ Elimination des produits de corrosion ¾ Attention : métaux passivés ¾ Aspect : rainures orientées CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Erosion corrosion CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Erosion corrosion CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Erosion corrosion CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Erosion corrosion : cas de la cavitation CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Erosion corrosion CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion Sous Tension (CST) Corrosion sous tension contrainte statique σ CORROSION - Chapitre I : GENERALITES σ ISITV E. ARAGON Corrosion Sous Tension (CST) CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion Sous Tension (CST) CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion sous tension d’un ridoir en bronze CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion Sous Tension (CST) ¾ Acier inoxydable ¾ Présence d’halogénures (chlorures ou autres) ¾ Température > 60°C ¾ Contrainte mécanique ⇒ Corrosion Sous Tension (CST) CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Fatigue corrosion Fatigue – Corrosion contrainte dynamique σ CORROSION - Chapitre I : GENERALITES σ ISITV E. ARAGON Corrosion par courants vagabonds Tuyauterie à proximité d’une ligne de courant continu de 750 volts CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Corrosion par courants vagabonds Poste de soudure Soudage à bord - + Courant vagabond Ponton Quai terre Corrosion : sortie de courant Mer CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON CHAPITRE I ROLE DE L’ENVIRONNEMENT CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Rôle de l'environnement • La corrosion dépend autant du métal que de son environnement • Par environnement, on entend : - Présence d'humidité - Présence d'espèces réductibles - Présence de polluants - Température - Contraintes mécaniques associées CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Rôle de l'environnement • Par environnement, on entend : Taux de Corrosion - Présence d'humidité : 0 CORROSION - Chapitre I : GENERALITES 20 40 60 80 Humidité relative % 100 ISITV E. ARAGON Rôle de l'environnement • Par environnement, on entend : - Température : Relative Rate Corrosion rate Vs. Temperature 5 4 3 2 1 0 0°C 10°C 20°C 30°C 40°C Temperature CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON REFERENTIELS NORMATIFS • ISO 9223 : Corrosion des métaux et alliages : corrosivité des atmosphères – classification • ISO 12944-2 : Peintures et vernis Anticorrosion des structures en acier par systèmes de peinture – classification des environnements CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON ISO 12944-2 (1997) Catégorie de Perte de masse par unité de surface/perte d'épaisseur (première année d'exposition) Acier faiblement allié Zinc Exemples d'environnements types dans un climat tempéré (à titre d'information) Extérieur Intérieur corrosivité C1 Très faible Perte de masse g/m2 Perte d'épaisseur µm Perte de masse g/m2 Perte d'épaisseur µm < 10 < 1,3 < 0,7 < 0,1 Bâtiment chauffés à atmosphère propre, par exemple bureaux, magasins, écoles, hôtels. Bâtiments non chauffés où de la condensation peut se produire, par exemple entrepôts ou salle de sport. C2 faible > 10 à 200 > 1,3 à 25 > 0,7 à 5 > 0,1 à 0,7 Atmosphères avec un faible niveau de pollution. Surtout zones rurales. C3 moyenne > 200 à 400 > 25 à 50 > 5 à 15 > 0,7 à 2,1 Atmosphères urbaines et industrielles, pollution modérée par le dioxyde de soufre. Zones côtières à faible salinité. C4 élevée > 400 à 650 > 50 à 80 > 15 à 30 > 2,1 à 4,2 Zones industrielles et zones côtières à salinité modérée. Enceintes de fabrication avec une humidité élevée et une certaine pollution de l'air, par exemple industrie alimentaire, blanchisseries, brasseries, laiteries. Usines chimiques, piscines, chantiers navals côtiers. C5-I très élevée (industrie) >650 à 1 500 > 80 à 200 > 30 à 60 > 4,2 à 8,4 Zones industrielles avec une humidité élevée et une atmosphère agressive. Bâtiments ou zone avec une condensation permanente et avec une pollution élevée. C5 – M Très élevée (marine) >650 à 1 500 > 80 à 200 > 30 à 60 > 4,2 à 8,4 Zones côtières et maritimes à salinité élevée. Bâtiment ou zones avec une condensation permanente et avec une pollution élevée. CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON ISO 12944-2 (1997) CATEGORIES DE CORROSIVITE POUR LES STRUCTURES IMMERGEES OU ENTERREES • Im1 : eau douce • Im2 : eau de mer ou eau saumâtre • Im3 : sol CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Notion de Macro, Mini et micro climats • Macro climat : climat à l’échelle d’un pays ou d’une région • Mini climat : conditions de température, d’humidité et de pollution à proximité d’une structure • Micro climat : fluctuations d’environnement à l’échelle de l’ouvrage lui-même CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Rôle de l'environnement Vapeur d'eau Produits corrosifs Vent dominant C3 CORROSION - Chapitre I : GENERALITES C5 I ISITV E. ARAGON Suivant le sens de la ventilation, la corrosivité de l'atmosphère dans le tunnel sera C3 ou C5-I Maroc C2/3 Tanger C3 Détroit de Gilbratar Espagne C3 Tarifa C5I V e n t i l a t i o n CORROSION - Chapitre I : GENERALITES V e n t i l l a t i o n ISITV E. ARAGON CHAPITRE I COMPATIBILITE DES MATERIAUX ENTRE EUX CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON COMPATIBILITE ENTRE MATERIAUX METALLIQUES ET MATERIAUX ORGANIQUES Exemple de la corrosion acide après incendie CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Pertes de poids du PVC sous différentes contraintes de température CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Mécanisme de la corrosion acide 1/ Attaque acide : Fe + 2 HCl → FeCl2 + H2 2/ Hydrolyse du chlorure ferrique : FeCl2 + H2O→ Fe(OH)2 + 2 HCl Processus accéléré Cycle acide au cours du processus de dégradation des alliages ferreux CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON Évolution de la corrosion de l’acier non protégé en fonction du type de gaz halogéné et de l’humidité relative de l’air CORROSION - Chapitre I : GENERALITES Évolution de la corrosion de l’acier non protégé en fonction de l’humidité relative de l’air sous atmosphère HCl ISITV E. ARAGON COMPATIBILITE ENTRE MATERIAUX METALLIQUES ET MATERIAUX ORGANIQUES Exemple d’assemblages multi-matériaux CORROSION - Chapitre I : GENERALITES ISITV E. ARAGON