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AST – LP ROMPSAY 38
PARTIE II : LES CONFERENCES
NOTION DE CORROSION : CAS CONCRETS
DIFFERENTS MECANISMES DE CORROSIONS
PROTECTION PAR REVETEMENTS
PROTECTION ANODIQUE ET CATHODIQUE
AST – LP ROMPSAY 39
CONFERENCE : Fiche élève
1. Notes : 2. Questions :
3. Observations : Points forts
Points faibles
AST – LP ROMPSAY 40
LA CORROSIONC ’est quoi?
Comment protéger les matériaux de la corrosion?
Catherine SAVALL
Juan CREUS
Otavio GIL
René SABOT
LABORATOIRE D’ETUDES DES MATERIAUX EN MILIEU AGRESSIF
(LEMMA)
AST – LP ROMPSAY 41
Partie II : Conférence – Notion de corrosion : cas concrets
LABORATOIRE D’ETUDES DES MATERIAUX EN MILIEU AGRESSIF
(LEMMA)
EXEMPLES:
Transformation de l’acier en rouille,
Oxydation d’un contact électrique en cuivre,
Dégradation du PVC par le rayonnement UV
MATERIAU = METAUX, MATIERES PLASTIQUES, VERRES, PAPIER
CORROSION = PROCESSUS CHIMIQUE DE DEGRADATION D’UN MATERIAU PAR REACTION AVEC SON ENVIRONNEMENT
REACTION D’OXYDO-REDUCTION TRANSFERT D’ELECTRONS entre deux réactifs:
un OXYDANT et un REDUCTEUR
Exemple: Pile Cuivre / Zinc
A l’électrode de Zinc: Oxydation
Zn Zn2+ +2e-
A l’électrode de Cuivre : Réduction
Cu2+ + 2e- Cu
Observations:
courant de Cu vers Zn
dépôt de cuivre pulvérulent sur Cu
Equation bilan:
Cu2+ + Zn Cu + Zn2+
Cu Zn
Cu2+ + SO42- Zn2+ + SO4
2-
AR
K+ NO3-
I e-
e-
Cu2+ Zn2+
e-
Il ne peut y avoir oxydation d ’uneespèce chimique A sans qu ’il y ait
simultanément réduction d ’une espèce chimique B
oxydant réducteur
anodecathode
AST – LP ROMPSAY 42
Partie II : Conférence – Notion de corrosion : cas concrets
Remarque 1: Nécessité d ’avoir un électrolyte (eau salée, solution acide…)
au contact des 2 métaux
Remarque 2: Nécessité d ’avoir un contact électrique entre les 2 électrodes
I=0 AI > 0 A
anode
H2ou OH-
ou dépot
Les électrodes peuvent être des métaux très divers.
Platine
Or
Argent
Inox 316
Nickel
Bronze
Cuivre
Fer, Acier
Aluminium
Zinc
Magnésium
Echelle galvanique: Métaux classés selon leur « noblesse »
Si on met en contact électrique
2 métaux différents au contact du même électrolyte,
le métal le moins noble se corrode
au profit du métal le plus noble.
zinc/fer
eau salée
fer/cuivre
eau salée
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Partie II : Conférence – Notion de corrosion : cas concrets
Exemple:
Eau de mer: électrolyte
cuivre plus noble que l’acier
acier anode
cuivre cathode
La coque se corrode ...
Le bateau coule
Et si on avait choisi du zinc, au lieu du cuivre ?
acier plus noble que le zinc
acier cathode
zinc anode
Le gouvernail
se corrode
La coque
est protégée
Gouvernail en cuivre
Coque métallique
Acier : électrode
CORROSION DES METAUX: METAL IONoxydation
Exemple: Fe Fe2++2e-
Nécessité de disposer dans le milieu environnant
Dans les milieux usuels, présence de dioxygène dissous et d’eau (humidité):
Métal + Agent Oxydant
Métal oxydé + Agent réducteur
Le fer se ronge ….
Demi-réaction de réduction O2(g) + 2H2O+4e- 4OH- (l)
Réaction globale d’oxydo-réduction:
2Fe + O2 + 2H2O →2Fe2+ + 4 OH-
d’un oxydantd’un électrolyte(Eau salée, goutte d’eau
de pluie, humidité)
AST – LP ROMPSAY 44
Partie II : Conférence – Différents mécanismes de corrosion
Corrosion généralisée
Attaque uniforme sur toute la surface
Diminution en épaisseur du métal
Fe Fe2++2e-
O2(g) + 2H2O+4e- 4OH-
2Fe + O2 + 2H2O →2Fe2+ + 4 OH-
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Partie II : Conférence – Différents mécanismes de corrosion
ET LA ROUILLE ???
En eau de mer (pH=8), réactions deprécipitation:
Fe2+ +2OH- →Fe(OH)2
Fe3+ +3OH- →Fe(OH)3
• • •
Formation d’une couche de rouille
(mélange complexe de différentes phases)
FeOOH
Corrosion localisée
Attaque en un point de la surface
Dissolution en profondeur du métal
Fe
O2O2O2
O2
O2 O2O2 O2
H2O
Fe2+
e-e-
En un point de la surface
À l’échelle macroscopique
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Partie II : Conférence – Différents mécanismes de corrosion
corrosion d’une canalisation d’évacuation de gazen acier allié (inox)
CORROSION PAR PIQÛRES
DANGERPerforation du métal
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Partie II : Conférence – Différents mécanismes de corrosion
Corrosion par piqûre
Sur des défauts
Chimiques ou physiques
Amorçage
Propagation M Mn+ + ne-dissolution
acidification
migration des chlorures
Solution stagnante :
[O2] dans la piqûre
Mn+ + nH2O M(OH) n + nH +
Agressivité
Formation d ’une pile
entre l’intérieur et l’extérieur
Agressivité
Corrosion
Corrosion par crevasse
Sur des défauts géométriques de la structure
Sous joints, boulons, dans une zone confinée,...
Amorçage
Propagation M Mn+ + ne-dissolution
acidification
migration des chlorures
Solution stagnante :
[O2] dans la piqûre
Mn+ + nH2O M(OH) n + nH +
Agressivité
Formation d ’une pile
entre l’intérieur et l’extérieur
Agressivité
Corrosion
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Partie II : Conférence – Différents mécanismes de corrosion
ESTIMATION DU COÛT DE LA CORROSION :
1/4 de la production annuelle mondiale de l ’acier
(en une seconde 5 tonnes d’acier sont perdues)
en France : coût de la corrosion estimé à 1 euro par jour et par personne
LES PHENOMENES DECORROSION DEPENDENT
DU MATERIAU
DU MILIEU ENVIRONNANT
Composition
Bactéries
Polluants atmosphériques (CO2,soufre…)
Climat, courants….
QUELQUES SECTEURS DE L ’INDUSTRIE CONCERNES
AERONAUTIQUE (naval, automobile…..)
CONSTRUCTION
INDUSTRIE CHIMIQUE (acides….)
ALIMENTAIRE ( emballages…)
BIO-MEDICAL (prothèses, couronnes...)
...
AST – LP ROMPSAY 49
PROTECTION CONTRE LA CORROSION
Protection contre la corrosion humide
Les modes de protection portent essentiellement sur le matériau et l’environnement chimique
Choix du matériaucompatible avec l’environnement
chimique
Géométrie de la structure- zone humide,- forme complexe,- éliminer les risques de corrosion sous joint ou dépôt
Protection contre la corrosion
Protection cathodique
Protection anodique
Protection par revêtementsRendre la surface du matériau métallique stable dans le milieu
Rendre la surfaceélectrochimiquementnon active dans le milieu
Rendre la surface du matériau inerte dans le milieu
Modification du milieuInhibiteurs de corrosionPrévention de la corrosion
AST – LP ROMPSAY 50
Partie II : Conférence – Protection par revêtements
Protection cathodique
Protection contre la corrosion humide
iGlobal
Ecorr
iA
iC
Domaine cathodique
E (V)
i (A.cm )-2
M Mn+
O2
OH-
EK
Zone de protectioncathodique
- Réduire ou supprimer les zones anodiquesà la surface du matériau par application d’un courant de l’électrolyte vers le métal
Abaissement du potentiel
anodes sacrificielles
Courant imposé
E
Protection contre la corrosion humide
Protection par revêtementsDéposer un matériau d’apport à la surface d’un substrat.
Conférer à une pièce une ou plusieurs propriétés particulières en surface, tout en conservant les propriétés structurelles de la pièce avant traitement.
Revêtements non métalliquesRevêtements métalliques
- peintures- vernis- Revêtements polymériques
Revêtements organiques Revêtements inorganiques- couches de conversion - L’émail, ciment,….- céramiques réfractaires.
Ex : - Zinc, Aluminium - Chrome, nickel,….
AST – LP ROMPSAY 51
Partie II : Conférence – Protection par revêtements
Protection contre la corrosion humide
Revêtements et Anticorrosion
Modes d’action
Effet barrièreLimitation des échanges
entre le substratet le milieu électrolytique
Revêtement
substrat
Milieu électrolytique ?
Effet par inhibitionRalentissement du processus de corrosion par inhibition d’une ou plusieurs réactions
Exemple : Traitements de conversion - la finition chromique - la phosphatation
Modification du potentiel d’électrode
Les revêtements conducteurs, en contact électrique direct avec le substrat modifie
le potentiel d ’électrode.
- Potentiel mixte entre celui du revêtementet du substrat
Exemple : - Les dépôts métalliques- Peintures avec pigments métalliques- Peintures conductrices.
Revêtements organiques : Les peintures Protection contre la corrosion humide
Peintures : Trois constituants principaux.
- le liant,- le solvant : produit volatil facilitant l’application de la peinture,- les matières pulvérulentes : - pigments anticorrosion, - des adjuvants (plastifiants, agents de mouillage,…)
(e < 100 µm)
Barrière entre le milieu électrolytique et le substrat.
Electrolytepores
peinture
substrat
Facteur limitant la protection Présence de porosités, discontinuités, rayures
Corrosion localisée du substrat
Peintures : Assurer une protection des substrats
AST – LP ROMPSAY 52
Partie II : Conférence – Protection par revêtements
Dégradation de la peinture suite à l’infiltration d’eau
Hydrolyse des chaînes macromoléculaires.Rupture des chaînes suite à l’interaction
avec l ’eau Délamination ou décollementassocié à une perte d ’adhérence
de la peinture
Cloquage infiltration d ’eau
+ corrosion du substrat.
Protection contre la corrosion humide
Perte de cohésion de la peinture.Elle se désagrége poudre
Destruction chimiquedes liaisons assurant
l’adhésion de la peinture
Compatibilité chimique de la peinture avec l’électrolyte- milieu aqueux acide ou alcalin- milieu organique (hydrocarbures)- T° d ’utilisation
Peintures : Réactivité avec le milieu électrolytique
Choix du système de peintures
Protection contre la corrosion humideRevêtements métalliques
Les potentiels respectifs du substrat (par ex. l’acier) et du revêtementpermettent de classer les revêtements métalliques en deux catégories
E (V/ECS)NaCl 3 % aéré
0-0,5-1
aciers
Zn Cd Al Ni Cr Ti
Revêtements anodiques Revêtements cathodiques
Substrat
Revêtement
Electrolyte
Revêtement
Substrat
Electrolyte
--+
Zn
Zn2+
2e-
O2OH-
Fe
+
Fe2+
2e-
O2 OH-
Le potentiel du revêtement est plusnégatif que celui du substrat
Le potentiel du revêtement est pluspositif que celui du substrat
Revêtement sacrificielSubstrat protégé cathodiquementL’acier ne se corrode plus.
Revêtement « noble » : Bonne résistance intrinsèque à la corrosionSubstrat subit une corrosion localisée
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PROTECTION CATHODIQUE
DEPOT CALCOMAGNESIEN
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Partie II : Conférence – Protection cathodique, dépôt calcomagnésien
AST – LP ROMPSAY 55
Partie II : Conférence – Protection cathodique, dépôt calcomagnésien
La protection est perturbée en cas de marée basse
Les dépôts visibles sur la partie inférieure de la structure protège contre la corrosion, elle limite donc le
courant imposé
AST – LP ROMPSAY 56
Partie II : Conférence – Protection cathodique, dépôt calcomagnésien
Limitation du courant de protection grace au dépôt calcomagnésien
Les Dépôts CalcomagnésiensLes Dépôts Calcomagnésiens
O2 OH-
pH très basiquepH très basique
Mg(OH)2
CaCO3
0 20 40 60 80 1000,0
0,4
0,8
1,2
1,6 Dépôt calcaireDépôt magnésienDépôt calcomagnésien
- I (m
A)
Temps (heures)
Dépôts formés sur acier(600 tr/mn ; -1 V/ECS et 20°C)
Calcoacier
AST – LP ROMPSAY 57
PARTIE III : ACTIVITES EN DEHORS DU LYCEE
VISITE DU LABORATOIRE D’ETUDE DES MATERIAUX EN
MILIEUX AGRESSIFS (LEMMA)
VISITE DES SITES DE PROTECTION AU PORT DES MINIMES A
LA ROCHELLE
PARTICIPATION AU IV FESTIVAL DU TRES COURT
METRAGE DE VULGARISATION SCIENTIFIQUE A LA
ROCHELLE
AST – LP ROMPSAY 58
Visite du laboratoire effectuée par J.F DINHUT directeur du LEMMA
AST – LP ROMPSAY 59
Photos illustrant quelques activités de l’atelier
Test de reconnaissance de quelques types de corrosions sur des échantillons réalisés auLEMMA
Echange avec les partenaires scientifiques
Travaux en salle de sciences physiques
AST – LP ROMPSAY 60
Activités expérimentales en salle de sciences physiques
AST – LP ROMPSAY 61
PLANNING DES ACTIVITES DE L’ATELIER SCIENTIFIQUE2002/2003
Date
Activité
Thème
Lieu
Observations
Sept 2002
Information et recueil des candidatures
LP Rompsay
08 oct. 2002
Réunion
d’information
LP Rompsay
22 oct. 2002
Activités expérimentales 1
(AE1)
Illustration de quelques types de
corrosions
LP Rompsay
05 nov. 2002
AE2
Oxydoréduction et
corrosion
LP Rompsay
Elèves de IBAMVABP en stage
19 nov. 2002
AE3
Classification des métaux.
Equations bilan de AE1
LP Rompsay
Elèves de IBAMVABP en stage
05 déc. 2002
Conférence 1
Différents types de corrosions partie 1
LP Rompsay
Présentée par René SABOT LEMMA
17 déc. 2002
AE4
Mécanismes de la corrosion : Piles électrochimiques
terminologie
LP Rompsay
07 janv. 2003
AE5 Aération différentielle
LP Rompsay
Présentée par René SABOT LEMMA
Evaluation partie 1
23 janv. 2003
Conférence 2
Différents types de corrosions partie 2
LP Rompsay
Présentée par René SABOT LEMMA
04 févr. 2003
Conférence 3
Protection contre la corrosion partie1
LP Rompsay
Présentée par J. Creuse
11 mars 2003
AE6
Protection contre la corrosion partie 1
LP Rompsay
25 ou 27 mars 2003
Conférence 4
Protection contre la corrosion partie2
LP Rompsay
Présentée par O. Gilles
Evaluation de la partie 2
08 avril 2003 AE7
Protection contre la
corrosion partie2
LP Rompsay
11 avril 2003
sortie
Participation au festival du très court métrage de vulgarisation scientifique à la Rochelle
29 avril 2003
Visite du laboratoire Groupe1
Découverte du travail de recherche Applications industrielles
LEMMA Université de la Rochelle
J.F. DINHUT
06 mai 2003
Visite du laboratoire Groupe2
LEMMA Université de la Rochelle
J.F. DINHUT
13 mai 2003
Sortie
Visite des sites de
protection
Port - Entreprises SABOT, M RAHMOUNE et Y
OLLIVIER 20 mai 2003 Préparation de l’exposition des travaux LP Rompsay
Elèves 1BAMSMA en stage
27 mai 2003
Conférence 5
Bilan de l’atelier
LP Rompsay
R. SABOT, M. RAHMOUNE et
Y. OLLIVIER N.B. : certaines dates peuvent êtres modifiées