La corrosion Et Protection Des Métaux Chapitre I

Programme :

I.1. Introduction
1.2 Etude des phénomènes de corrosion de fer
I.3.Définition de la corrosion
I.4.Cause de corrosion.
I.5. Mécanisme de corrosion.
I.6.Aspect phénoménologique de la corrosion
I.7.Corrosion électrochimique.

I.1. Introduction

Quelques chiffres...
−En France les pertes occasionnées par la corrosion sont estimées à plus d’un milliard d'euros par an et on estime à l'heure actuelle que 20% de la production annuelle d'acier (en France) sert à remplacer les installations corrodées
−Aux USA, ½ tonne d’acier est détruit à chaque heure par la corrosion soit 20 milliard de dollars par an et dans le domaine de l’automobile coute plus de 100 millions de dollars par an.
−On estime que a chaque seconde, 5 tonnes d’acier sont perdues dans le mondes, soit de 2 % du produit mondial
−La corrosion est un problème sérieux en ce qu’elle contribue directement et définitivement a l’épuisement de nos ressources naturelles. Par exemple l’acier est élaboré a partir de minerai de fer et nos réserves en minerai de fer vont en diminuant de plus 4 tonnes de charbon sont nécessaires pour produire 1 tonne d’acier. Le charbon sera en fin de compte consommé également .
−La corrosion attaque toute construction métalliques (pont, pièce, les canalisation sous- terraine enterrées qui transporte les gaz, l’eau et le pétrole , ….. Etc)

1.2 Etude des phénomènes de corrosion de fer

L’exemple le plus connu de la corrosion est la réaction entre le fer et l’air humide.
Le fer s’oxyde en présence du dioxygène de l’air pour former un film d’oxyde non compact et non adhésif qui va se répartir à la surface d’un métal. Ce film est l’oxyde (Fe2O3) ou Fe3O4.
Cette corrosion ne va pas s’ arrêter à la formation de la couche d’oxyde mais , elle va persister jusqu’à la perforation du métal donc la destruction totale du métal et la diminution et la dégradation des propriétés mécaniques et physique d’un métal.
La corrosion attaque toute construction métallique( Ponts, pièces et les plus attaqués sont les canalisations sous terraine C.A.D les tubes enterrés qui transportent les gaz et l’eau.

Une chaine rouillée

I.3. Définition de la corrosion

La corrosion a été définie de multiples manières :
destruction du métal par réaction chimique ou électrochimique avec son environnement,

érosion des métaux,
destruction de matières par d’autres moyens que par action purement mécanique, et (4) action inverse de l’élaboration métallurgique – par exemple une opération d’élaboration métallurgique consiste a produire du fer et de l’acier a partir de minerai de fer (oxydes), mais l’acier peut retourner a son état quand il rouille et que la corrosion survient. La corrosion est la détérioration d’une substance (généralement un métal) a cause d’une réaction avec son environnement

Les exemples les plus connus sont les altérations chimiques des métaux dans l’eau (avec ou sans oxygène), tels : la rouille du fer et de l’acier ou la formation de vert-de- gris sur le cuivre et ses alliages(bronze, laiton, …etc). Cependant la corrosion a un domaine bien plus vaste qui touche toutes sortes de matériaux (métaux, céramique, polymères) dans des environnements variables (milieu aqueux, dans l’atmosphère, hautes températures )

formation de vert-de-gris

I.4.Cause de corrosion.
La dégradation d’un matériau dépend:

Du type de matériau
De l’environnement dans lequel se trouve ce matériau
Des produits de Corrosion
La vitesse d’écoulement des fluides et leurs teneurs en solide (voir corrosion par érosion)
L’activité bactérienne le

Type de matériau: le potentiel standard donne la tendance de dissolution dans métal on distingue :

Toute hétérogénéité de la surface d’un matériaux influe sur le potentiel de ce dernier et donc provoque la dégradation du métal en question

Un milieu corrosif est milieu contenant un ou plusieurs agents corrosifs a savoir :

Du dioxygène dissous O2aq
De l’eau H2O
Des ions en grande quantité (ex : Naaq, Cl-aq, SO42-)
Des bactéries, algues, micro organismes
D’autre oxydant peuvent également intervenir (CrO42-,ClO-,Cl2,SO3…

Nature des produits de corrosion
La nature physique des produits de corrosion influence fortement la vitesse de corrosion. Nous en distinguons trois types:
-Ions dissous,
-Films non compacts,
-Films compacts.
La corrosion des métaux en milieu acide produit normalement des cations hydratés ou complexés en solution. Les ions dissous diffusent facilement de la surface métallique vers l'intérieur de l’électrolyte . Leur présence a donc, en règle générale, peu d’influence sur la vitesse de corrosion.

Sous certaine conditions notamment en milieu alcalin, mais parfois aussi en milieu acide, les produits de corrosion sont peu solubles et précipitent a la surface du métal sous forme d’hydroxyde ou de sels. Des films superficiels peu poreux se forme alors. Ils ne protège pas le métal contre la corrosion, mais provoque un ralentissement de la réaction. La formation de rouille sur le fer exposé a une atmosphère humide illustre ce comportement.

Les films compacts, notamment les oxydes, forment une barrière entre le métal et l’environnement , protégeant ainsi le métal. La corrosion du fer dans une atmosphère sèche s’arrête après la formation d’un film d’oxyde d’une épaisseur de quelques nanomètres seulement. Sur certains métaux, des films compacts se forment aussi en milieu humide ou liquide. On les appelle film passifs.

I.5. Mécanisme de corrosion.

Corrosion chimique :

c’est la dissolution d’un métal (passage de métal en solution) dans un milieu agressif liquide ou gazeux, non conducteur de courant c’est- a dire en l’absence d’électrolyte)
Exemple dissolution du fer dans un solvant organique le CCl4

Corrosion électrochimique:

Cest la dégradation d’un métal dans un électrolyte avec passage d’un courant électrique (formation d’une pile) entre les zones anodiques et les zones cathodiques
Une lame de fer et de platine plonger dans une solution du HCl.

Corrosion biochimique:

Elle est provoquée par l'attaque de certaines bactéries dites "aérobies" ou « anaérobies" qui pour vivre digèrent certains éléments pour en rejeter d'autres
Bactérie sulfato- réductrice et les crustacés

I.6.Corrosion électrochimique & Reaction

Réaction anodique

A quelques exception prés, la corrosion est une réaction d’oxydoréduction irréversible entre un métal et un agent oxydant du milieu environnant. En milieu aqueux toute corrosion qui provoque l’oxydation du métal est une réaction électrochimique avec transfert d’électrons cédés par le métal ( réaction partielle anodique) et captes par l’agent oxydant (réaction partielle cathodique). Au cours de cette réaction un métal M s’oxyde en espèces dissoutes Mn+(aq), la demi- équation anodique s’écrit : M → Mn+ + ne-

Réaction cathodique :

Pour écrire la demi- équation cathodique (réaction partiel cathodique), il faut distinguer plusieurs milieux :

En milieu acide et désaéré, on peut considérer que la concentration en O2 dissous est très inferieure a la concentration des ions H+ , la réaction cathodique est la réduction des ions H+ en H2 :2H+ + 2 e-→ H2
En milieu acide et aéré, dans lequel la concentration en O2 dissous est supérieure a celle des ions H+, la réaction cathodique est la réduction de O2d en eau1/2 O2d +2 H++ 2e-→ H2O
En milieu neutre ou basique, la réaction cathodique est la réduction des ions O2d en Hydroxydes :1/2 O2d +H2O + 2 e— → 2 OH-

I.7. Aspect phénoménologique de la corrosion

Corrosion généralisée :

Elle concerne toute la surface de l’objet exposé à l’environnement. Elle peut être uniforme ou galvanique, faire intervenir un ou plusieurs métaux.

Corrosion Uniforme
La surface entière du métal sert à l’oxydation et à la réduction ,sans distinction des sites anodiques et cathodiques. Elle fait intervenir un seul métal. C’est le cas, par exemple, de l’attaque d’un métal par un acide comme du fer dans de l’acier chlorhydrique HCL.
Corrosion Galvanique
C’est, en général, lorsque deux métaux différents sont en contact ou relié électriquement dans un milieu corrosif aqueux. La corrosion s’établit sur le métal le moins noble et s’arrête sur le métal le plus noble. Les sites anodiques et cathodiques sont distincts. Mais ce peut être aussi lorsque deux parties d’un objet métallique d’un même métal ne sont plus au même potentiel à cause d’une hétérogénéité ou à cause d’un âge différent

Exemple de Corrosion Galvanique pour un Assemblag de toles Aluminium et Cuivre par un Rivet sans isolation. Le potentiel de dissolution de L'Aluminiem etant inferieur a celui du cuivre, Il y a corrosion.

Corrosion localisée :

c’est une corrosion qui se déroule en un lieu spécifiquement anodique d’une surface ou d’une structure métallique. Elle diffère de la corrosion uniforme car on distingue clairement les endroits anodiques et cathodiques. En pratique, la corrosion localisée provient d’une hétérogéniste du matériau ou de l’environnement . Elle pose beaucoup de problème a l’ingénieur que la corrosion uniforme; on distingue :
-Corrosion intergranulaire
-Corrosion sélective
-Corrosion par piqure & Corrosion caverneuse
-Corrosion par érosion & Corrosion sous contrainte.

La corrosion intergranulaire

Les métaux a l’état solide sont constitues des grains et possède une structure granulaire ou cristalline. Des attaques localisées aux limites des grains, avec une corrosion des grains relativement faible et des attaques sélectives aux joints de grains, les joints des grain joue le rôle d’anode tandis que les grains constituent les sites cathodiques.
Ce type de corrosion est particulièrement dangereux car bien que les quantités du métal attaquée soit faible, les caractéristiques mécaniques du métal sont altérées affaiblissement du métal.

La corrosion sélective

Comme son nom l'indique, ce mode de corrosion se traduit par la dissolution sélective de l'un des éléments de l'alliage si celui-ci est homogène, ou de l'une des phases si l'alliage est polyphasé. La dézincification (dissolution sélective du zinc) dans un laiton (ex. 70Cu -30Zn) est l'exemple le plus connu. Dans ce cas, le laiton se colore en rouge. Il devient poreux (spongieux) et très fragile, sans que les dimensions de la pièce soient modifiées. Pour prévenir ce mode de corrosion, il faut choisir des matériaux plus résistants comme le cupronickel riche en cuivre.

Corrosion caverneuse et corrosion par piqure:

La corrosion caverneuse et la corrosion par piqure sont des cas particuliers de la corrosion de corrosion galvanique dans lesquels la perte de métal est localisée sur une zone de métal relativement petite. Dans de tels cas, la corrosion se produit à cause des différences de concentration localisées de l’oxygène ou d’un ion agressif, par exemple un ion de chlore, ou encore à cause d’une différence de pH. Cette situation peut survenir lorsque les conditions de l’écoulement provoquent un faible débit ou une stagnation, par exemple, dans les petites fissures, les espaces ou les criques, comme celles associées à la présence de boulons ou de joints d’étanchéité, ou encore aux points de contact entre les métaux.