SKILLSskills.cticm.org/content/articles/assets/050713/SKILLS-Corrosion.pdf · INTRODUCTION Le phénomène de corrosion => lourdes conséquences lorsque non maîtrisé En effet, il

SKILLS

LA CORROSION

OBJECTIFS DU MODULE DE FORMATION

Connaître le mécanisme de corrosion et ses facteurs

Connaître les dispositifs de protection existants

Comment adapter les protections et concevoir des pièces spécifiques aux conditions d’utilisation de la structure

3

SOMMAIRE

Introduction

I. Mécanisme de la corrosion

II. Facteurs engendrant la corrosion

III. Les différents types de corrosion

IV. Protections possibles

Conclusion

4

INTRODUCTION

Le phénomène de corrosion => lourdes conséquences lorsque non maîtrisé

En effet, il peut avoir des impacts:

sur la sécurité (instabilité des structures, rupture d’assemblages, conduite de gaz percée)

économiques (conduite de pétrole percée)

environnementaux (dispersion des résidus dans les eaux de ruissellement)

Concerne tout secteur d’activité (centrales nucléaires, industrie pétrochimique...)

Primordial de comprendre le mécanisme de corrosion afin de prescrire et appliquer des méthodes adéquates pour éviter son développement.

5

MÉCANISME DE LA CORROSION

I. MÉCANISME DE LA CORROSION

1. Définitions

Corrosion: Interaction physico-chimique entre un métal et son milieu environnant, entraînant des modifications dans les propriétés du métal et souvent une dégradation fonctionnelle du métal lui-même, de son environnement ou du système technique constitué par les deux facteurs.

Electrolyte: milieu électriquement conducteur (eau, sol...)

Agent corrosif/oxydant : Elément qui, mis au contact d’un métal donné, réagit avec ce dernier et contribue à sa corrosion. Il peut être contenu dans l’électrolyte (oxygène contenu dans l’eau par exemple).

7


A chaque couple oxydant/réducteur « Ox/Red » est associé un potentiel (= une énergie)

*Oxydant: capte des électrons Ox n e- + Red

*Réducteur: cède des électrons

Dans le cas des métaux: M Mn+ + n e-

exemple: Fe Fe2+ + 2e-

La corrosion Phénomène équivalent

à une pile électrochimique

8


Anode - Cathode +

9

e-

e-


Anode - Cathode +

10


En conclusion, la corrosion est une réaction d’oxydo-réduction irréversible entre un oxydant et un métal présent dans un

électrolyte

11


- oxydation du métal,

- formation de produits de corrosion solides,

- varie en fonction de l’environnement,

- destructeur * ou au contraire bénéfique*

Exceptions:

l’or et autres métaux nobles => pas d’oxydation

12

2. Le mécanisme

Corrosion d’un métal


13

Destructeur => produits de corrosion non adhérents

Acier Acier

Facteurs environnants Facteurs environnants

Bénéfique => produits de corrosion adhérents formant une couche protectrice (métaux dits passivables)

Zinc Zinc

Facteurs environnants Facteurs environnants


Noblesse des métaux Echelle des potentiels (énergie associée à un élément chimique)

14

Minerai (état naturel)

métaux sous forme oxydée/corrodée

=

état énergétique stable


Métal pur vers le minerai Énergie +/- importante pour atteindre l’état stable

15

différence d’énergie =

potentiel

+ énergie importante =

+ corrosion du métal


Existence d’échelles de potentiels / série galvanique

16

Potentiel « standard » à 25°C dans l’air par rapport à l’hydrogène

(référence pour cette échelle de

valeur)

E° Cathodique

Corrosion

E° Anodique

Corrosion


17

FACTEURS ENGENDRANT LA CORROSION

II. FACTEURS ENGENDRANT LA CORROSION

3 principaux facteurs :

La nature du métal

L’environnement

La conception des pièces

19


1. La nature du métal

1.1 Le potentiel

20

métal pur

retour à sa forme oxydée avec une certaine énergie

corrosion

Corrosion liée à la noblesse du métal



1.1 Le potentiel

Anode - Cathode +

21

Association de 2 métaux différents

Différence de potentiel importante

Corrosion de l’espèce la moins noble



1.1 Le potentiel

22

Corrosion de l’élément le - noble

obtention de l’autre élément sous forme

poreuse Alliages

Dû à la différence de potentiel des deux matériaux

Laiton Laiton

Corrosion du Zn

Cu poreux

Exemple du laiton (Cu-Zn):



1.2 La structure

Préparation de surfaces

23

Exemple : décapage chimique

Peut générer des zones cathodiques

et anodiques

Si le temps entre le décapage et le traitement

de la surface important

Formation d’oxydes à la surface du métal et donc de produits de corrosion



1.2 La structure

Exemple des aciers

inoxydables austénitiques

24

Formation de carbures de chrome (impuretés) dû

au traitement thermique

Hétérogénéité du métal

Fragilisation en Chrome

Métallurgie ou traitement thermique

(dont soudures)

Refroidissement trop rapide du métal

Formation d’impuretés ou structure métallurgique variable entre le cœur

du métal et sa surface



1.3 Cas particulier d’associations des aciers:

25

Acier noir (faiblement allié) – acier galvanisé

L’association de ces deux types d’acier n’engendre pas de

corrosion

Acier galvanisé Zinc Acier noir Fer

Acier galvanisé

Acier noir



1.3 Cas particulier d’associations des aciers:

26

Dépend des rapports de surface

Acier inoxydable au contact de l’acier noir ou galvanisé

Acier galvanisé

ou acier noir

Acier inox

Acier inox ≥ acier galvanisé ou acier noir

Corrosion de l’acier galvanisé ou de l’acier noir

Acier inox

Acier galvanisé ou acier

noir

Acier inox < acier galvanisé ou acier noir

Pas de corrosion


2. L’environnement

Présence d’espèces réductibles (chlorures, sulfates...);

Présence de polluants (zones industrielles, zones marines...);

Température;

Présence d’humidité

variation de la concentration en O2.

27



28

Exemple des zones de marnage

Création de zones cathodiques (+) et anodiques(-) à la surface du métal

Corrosion des zones anodiques

! Accumulation de plusieurs facteurs liés à l’environnement

la vitesse de corrosion

Corrosion très rapide

Eau salée (avec éclaboussures) Climat et variations de température Variations de concentration O2 Polluants (suivant les régions)



29

N F E N I S O 9 2 2 3 N F E N I S O 9 2 2 4

G é n é ra l e s e t s p é c i f i q u e s à l a c o r ro s i o n d e s m é t a u x

S p é c i f i q u e à l a p e i n t u r e

N F E N I S O 1 2 9 4 4 - 2

N F E N I S O 9 2 2 3 N F E N I S O 9 2 2 4

N F E N I S O 1 2 9 4 4 - 2

Les catégories de corrosivité

Les vitesses de corrosion de différents métaux suivant le milieu


Extrait de la NF EN ISO 12944-2 30

Catégories de

corrosivité

Perte d’épaisseur en µm Exemple d’environnement

Acier Zinc Extérieur Intérieur

C1 Très faible ≤ 1,3 ≤ 0,1 - Bureaux, écoles, hôtels

C2 Faible 1,3 > x ≥ 25 0,1 > x ≥ 0,7 Zones rurales, peu de

pollution Entrepôts, salles de sport

C3 Moyenne 25 > x ≥ 50 0,7 > x ≥ 2,1 Zones côtières à faible

salinité

Industries alimentaires,

humidité élevée mais air

peu pollué

C4 Elevée 50 > x ≥ 80 2,1 > x ≥ 4,2 Zones côtières à

salinité modérée Usines chimiques, piscines

C5 Très

élevée

C5-I

(Industriel)

80 > x ≥ 200

4,2 > x ≥ 8,4

Zones industrielles,

atmosphère agressive,

humidité élevée

Condensation permanente

et pollution élevée

C5-M

(Marine)

80 > x ≥ 200

4,2 > x ≥ 8,4

Zones côtières et

maritimes à salinité

élevée.

Condensation permanente

et pollution élevée


3. La conception des pièces

31

Incidence sur le phénomène de corrosion Géométrie du matériau

Rétention d’eau et de sels

Variations de concentration en O2 (zones confinées)

Variations de l’épaisseur du revêtement sur

les arêtes


Espacement comblé par un moyen

approprié

Espacement Risque de corrosion

Poteau en acier

Fondation en béton

La peinture protectrice de l’élément acier

pénètre dans le béton (5 cm)


Exemples:

bon mauvais

32



33

dispositions de conception des aciers à peindre

dispositions de conception des aciers à galvaniser

N F E N I S O 1 4 1 7 3 - 2

N F E N I S O 1 2 9 4 4 - 3



Exemples:

Système de

protection

Acier protégé

mauvais = arête vive

mieux = arête moins vive

bon

mauvais = rétention

bon

34

III. LES DIFFÉRENTS TYPES DE CORROSION


1. Uniforme

2. Par piqûres

3. Galvanique

4. Par aération différentielle

5. Intergranulaire

6. Corrosion sous tension

7. Sélective

8. Erosion – corrosion

Film d’oxyde

Contrainte

Cu Zn

Par aération différentielle

Intergranulaire

Galvanique

Sous tension

Uniforme Par piqûres

Sélective Erosion

laiton

Fluide Cuivre poreux

36


1. La corrosion uniforme

2. Par piqûres

37

Très Fréquente

Perte d’épaisseur de métal constante sur toute la surface

Perte de métal pénétrante, non uniforme et localisée Risques de perforations Souvent non visible en surface

Fréquente, et peut être due à des produits ou vapeurs chimiques par exemple.


3. Galvanique

Deux métaux avec des potentiels différents en contact

Corrosion du métal le – noble

4. Par aération différentielle

Concentration en O2 non uniforme sur toute la surface du métal

Corrosion dite « caverneuse »

Acier Zn

38

Très fréquente

Très fréquente, notamment au droit des assemblages


5. Intergranulaire

6. Corrosion sous tension/corrosion fatigue

Cumul de plusieurs phénomènes:

Tension mécanique ou contrainte

Présence d’un milieu corrosif

Contrainte statique

Contrainte dynamique

39

Métal formé de grains (cristaux) Entre ces grains joints de grain

Corrosion au niveau des joints de grain

Fréquente, surtout pour les parties soudées

Fréquente, plutôt sur les ouvrages d’art


7. Sélective

Corrosion spécifique aux alliages

Corrosion d’un élément

Résidus poreux pour le reste des éléments

laiton

Cuivre poreux

Fluide

40

Beaucoup plus rare

Présence d’un fluide en mouvement contenant des particules solides

Présence d’un milieu corrosif

Chocs et martèlements

8. Erosion – corrosion

Cumul de plusieurs phénomènes:

Fréquente pour des structures présentes en milieu marin

IV. PROTECTIONS POSSIBLES


Revêtements

Protection cathodique

Inhibiteurs et autres protections

42

Métallique : le Zinc

Organique : la peinture

Systèmes duplex

Principe

En renforcement d’un système de peinture


1. 1 Revêtement métallique: le zinc

1.1.1 Intérêts et inconvénients:

43

Perte d’épaisseur annuelle très faible même dans des milieux corrosifs

Réelle protection contre les risque de corrosion de

l’acier

Intérêts

Pas de contact direct entre le milieu extérieur et l’acier

Matériau passivable

Moins noble que l’acier (Fer + carbone)


1. 1 Revêtements métalliques: le zinc

1.1.1 Intérêts et inconvénients:

44

Inconvénients Dépendent du procédé utilisé

Épaisseurs de revêtement pas assez importantes

(galvanisation à chaud en continu, électrozingage)

Couches non homogènes (électrozingage, galvanisation à

chaud sur produits finis et métallisation)

Complexité pour revêtir certaines pièces à cause de leur conception

(galvanisation à chaud, électrozingage)

Problèmes de compatibilité avec certains aciers

(galvanisation à chaud sur produits finis)

Exemples:



1.1.2 Méthodes

45

Galvanisation à chaud Bain de zinc en fusion dans

lequel le matériau est plongé N F E N I S O 1 4 7 1 3

Produit déjà mis en forme que l’on veut galvaniser par la suite. N F E N I S O 1 4 6 1

Au trempé

La galvanisation et la mise en forme se font sur la même ligne de production

N F E N 1 0 3 2 7 - N F E N 1 0 3 2 6 - N F E N 1 0 3 4 6

En continu

Galvanisation à froid Peinture riche en zinc



1.1.2 Méthodes

46

Métallisation Matériau recouvert par projection

thermique de zinc N F E N I S O 2 0 6 3

Pièce à revêtir et la poudre de zinc chauffées, dans un conteneur

Diffusion homogène du zinc grâce aux hautes température atteintes lors du

chauffage pr E N 1 3 8 1 1

Shérardisation



1.1.2 Méthodes

47

Électro-zingage (ou zingage)

Matériau plongé dans un bain contenant des ions Zn

Dépôt électrolytique de Zn à la surface du matériau à l’aide d’un courant électrique

N F E N I S O 2 0 8 1 – N F E N 1 0 1 5 2 – N F E N 1 4 0 3


1.2 Revêtement organique: la peinture

1.2.1 Composition:

48

Permet l’adhérence de la peinture sur la surface et la cohésion de la peinture

Poudre créant la couleur de la peinture

Solvant et diluant (fluidification) de la peinture

Composés volatils

Liant

Pigment

Additif ou les propriétés de la peinture (opacité…)



1.2.2 Choix d’un système de peinture

49

Trois critères

La catégorie de corrosivité en fonction de l’environnement

N F E N I S O 1 2 9 4 4 - 2

Une préparation de surface nécessaire à la bonne application du système

N F E N I S O 1 2 9 4 4 - 4

Un système de peinture adapté au milieu et au subjectile (surface) en se fondant sur sa

méthode d’application N F E N I S O 1 2 9 4 4 - 5 e t 1 2 9 4 4 - 7

a.

b.

c.




a. Catégorie de corrosivité N F E N I S O 1 2 9 4 4 - 2

50

Catégories de

corrosivité

Exemple d’environnement

Extérieur Intérieur

C1 Très faible - Bureaux, écoles, hôtels

C2 Faible Zones rurales, peu de pollution Entrepôts, salles de sport

C3 Moyenne Zones côtières à faible salinité Industries alimentaires, humidité élevée

mais air peu pollué

C4 Elevée Zones côtières à salinité modérée Usines chimiques, piscines

C5 Très

élevée

C5-I

(Industriel)

Zones industrielles, atmosphère

agressive, humidité élevée

Condensation permanente et pollution

élevée

C5-M

(Marine)

Zones côtières et maritimes à

salinité élevée.

Condensation permanente et pollution

élevée




b. Système de peinture N F E N I S O 1 2 9 4 4 - 5

51

Des conditions de réalisation de la peinture

(atelier, sur site, les deux….)

De la durabilité souhaitée

(5–10–15 ans)

Du subjectile à peindre (surface galvanisée ou

non, type d’acier…)

Le système de peinture dépend




b. Système de peinture N F E N I S O 1 2 9 4 4 - 5

52

Caractéristiques du système obtenu

Préparation de surface du subjectile +

Application du système

Nature, nombre, épaisseur des couches à appliquer


53

1.2 Revêtements organiques: la peinture


c. Garantie et durabilité du système

N F E N I S O 1 2 9 4 4 - 5 = pas de garantie pour la peinture,

indique simplement une durabilité

Pays France Norvège ….

Organisme ACQPA OHGPI

FROSIO …

Notion de garantie Notion d’assurance et de responsabilité spécifique à chaque pays

Garantir et certifier un système de peinture, contacter:


54

Exemple de grille pour le choix d’un système de peinture sur un subjectile galvanisé à chaud (extrait NF EN ISO 12944-5)

Pour un système C4 avec une durabilité moyenne , les systèmes possibles sont A7.03 et A7.04


55

Exemples de systèmes de peinture proposés par l’ACQPA pour un subjectile en acier galvanisé, pour un ouvrage neuf en milieu C4




c. Garantie et durabilité du système

56

Degré d’enrouillement (international)

Degré d’enrouillement

(européen) Aire enrouillée (%)

Ri 0 Ri 1 Ri 2 Ri 3 Ri 4 Ri 5

Re 0 Re 1 Re 2 Re 3 Re 5 Re 7

0 0.05 0.5 1 8

40 à 50

Fixés par le client dans le cahier des clauses

techniques particulières

Durabilité souhaitée et degré d’enrouillement maximal (N F E N I S O 4 6 2 8 - 3 )


Exemple:

Durabilité de 7 ans avec enrouillement Ri 3 (ISO) ou Re 3 (échelle européenne):

57

Degré d’enrouillement (international)

Degré d’enrouillement (européen)

Aire enrouillée (%)

Ri 0 Ri 1 Ri 2 Ri 3 Ri 4 Ri 5

Re 0 Re 1 Re 2 Re 3 Re 5 Re 7

0 0.05 0.5 1 8

40 à 50

Au bout de 7 ans enrouillement doit être ≤ 1%



1.2.3 Méthodes d’application

a. Préparation de surface :

58

Obtention d’une adhérence optimale et une durée de vie maximale

Obtenir une certaine rugosité et propreté pour le subjectile

Elimination des contaminants (rouille, ancien revêtements, huile et graisses…) Nécessité





59

Subjectile à préparer: en acier non revêtu, ou revêtu d’un métal, d'un primaire de préfabrication

(Cas d’une peinture existante, rénovation: possibilité ou non de conserver les couches)

Les conditions dans lesquels sont réalisées le décapage (en atelier, sur site)

Peinture à appliquer (degré de préparation de surface nécessaire et méthode d’application)

N F E N I S O 1 2 9 4 4 - 4

Paramètres

importants





60

Nettoyage à la flamme

Nettoyage mécanique (décapage par

projection, sablage, nettoyage à la main…)

Nettoyage à l'eau ou avec des solvants et nettoyage chimique

(décapage à l’acide, à l’eau…)

Méthodes existantes





61

Obtention d’un acier nu sans aucun revêtement

N F E N I S O 8 5 0 1 - 1

N F E N I S O 1 2 9 4 4 - 4

Conservation des parties saines des revêtements peints ou

métalliques N F E N I S O 8 5 0 1 - 2 N F E N I S O 1 2 9 4 4 - 4

Préparation primaire (totale)

Préparation secondaire (partielle)

Degré de préparation

PROTECTIONS POSSIBLES

Degré de préparation

Méthode utilisée préparation

primaire préparation secondaire

décapage par projection Sa P Sa

nettoyage à la main ou à la machine St P St

nettoyage à la flamme Fl -

décapage à l’acide Be -

meulage localisé mécanique abrasif - P Ma

62







b. Application du système N F E N I S O 1 2 9 4 4 - 7

63

! Ces méthodes d’application doivent être compatibles avec le système de peinture choisi.

à la brosse

Applications

par aspersion

au trempé

au rouleau

au pistolet (par projection)


1.3 Revêtement : les systèmes duplex

Association d’un revêtement au zinc et d’un système de peinture

64

N F E N I S O 1 4 7 1 3 – N F E N 1 5 7 7 3

Durée de vie du zinc +

Durée de vie du système de peinture

durée de vie totale

du revêtement 2.1 x

Caractéristiques du zinc +

Caractéristiques de la peinture Intérêts

résistance augmentée

>


2. Protection cathodique 2.1 Principe:

Structure métallique à protéger (cathode)

un autre métal qui va se corroder (anode)

65

Deux types de protection cathodique

on agit sur les valeurs de potentiel de chaque matériau

! Nécessité d’être dans un électrolyte (terre ou eau)

Connectés électriquement

N F E N 1 2 4 9 9 - N F E N 1 3 1 7 3 - N F E N 1 2 4 7 3

N F E N 1 2 6 9 6 - A 0 5 - 6 5 5 - A 0 5 - 6 1 1 - A 0 5 - 6 1 5

courant imposé

anodes sacrificielles


2. Protection cathodique

2.1 Principe:

anode cathode

66

Penser à renouveler les anodes quand celles-ci sont usées !

Par anodes sacrificielles

Mesures des potentiels réalisées via un coffret relié

électriquement à l’anode et à la structure

Pas de réajustement possible Pas de générateur de courant

ni de redresseur



2.1 Principe:

Redresseur de courant

Structure à protéger cathode

anodes

Backfill (poussier de coke, mélange conducteur)

Contrôle + réajustement des potentiels par

un redresseur de courant (valeurs d’intensité et de

courant)

67

On impose un courant afin d’obtenir les

potentiels souhaités

Par courant imposé



2.1 Principe:

68 ! NE JAMAIS LES PEINDRE

Anodes de zinc, aluminium,

magnésium ou en alliage

Anodes sacrificielles

Anodes en courant imposé

Anodes peu consommables (graphite et ferro-silicium)

Anodes consommables (acier et produits ferreux)

Anodes très peu consommables (titane platiné)



2.2 En renforcement d’un système de peinture

Possibilité d’associer un acier peint à la protection cathodique

69

NF E N 1 2 0 6 8 - A S T M G 8 - p r E N 1 0 - 2 8 5

p r E N 1 0 - 2 8 6

Intérêts Inconvénients

Meilleure durabilité

Protège le matériau en cas de défaut de revêtement

Moins de besoin en courant

Risques de décollement du revêtement de peinture

Problème de compatibilité avec

certaines peintures


3. Inhibiteurs et autres protections

3.1 Inhibiteurs

70

Exemple

En peinture = additifs

Recouvre la surface du métal

Composés chimiques qui ralentissent ou stoppent la corrosion

Effet « barrière » entre le métal et le milieu

Renforcement de la protection existante


3. Inhibiteurs et autres protections

3.2 Autres protections:

Substituer un matériau : choix de matériaux plus nobles que l’acier tels que l’inox

Supprimer le contact physique : Possibilité de mettre des résines ou des rondelles isolantes, mettre des cache-boulons,…

71

CONCLUSION

CONCLUSION

La corrosion est caractérisée par un mécanisme plus ou moins rapide, qui dépend majoritairement du milieu environnant, du métal lui-même (de sa composition chimique, de son, potentiel électrochimique) et de la conception des pièces (association de métaux, formes et revêtements choisis).

Elle peut présenter diverses formes: piqûres, corrosion intergranulaire, sélective, uniforme… et peut être plus ou moins destructrice suivant la vitesse à laquelle elle se développe.

73

CONCLUSION

Pour lutter efficacement contre ce phénomène, il existe diverses méthodes à adapter aux conditions d’exploitation du matériau : revêtements, protection cathodique, systèmes duplex...

Une conception et un système de protection adéquats et adaptés au milieu sont des critères essentiels afin d’assurer la bonne pérennité de la structure. Il est donc primordial que ceux-ci aient été bien conçus dès la phase d’étude pour pouvoir limiter tout risque de corrosion supplémentaire.

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