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La matrice du fer : métallurgie et corrosion
Selon la norme NF EN 10020, « on appelle acier un matériau dont le fer est l’élément prédominant, sa teneur en carbone est généralement inférieure à2 % et il contient d’autres éléments ; un nombre limité d’aciers achrome peut avoir une teneur en carbone supérieure à 2 %, mais cette valeur de 2 % est la teneur limite courante qui sépare l’acier de la fonte ».
A la lecture de ces deux définitions, on constate que la limite supérieure de la teneur en carbone des alliages Fe-C susceptibles de s’appeler des aciers (par différence avec les fontes) est délicate préciser. C’est la raison pour laquelle il est préférable d’adopter un point de vue plus métallurgique en prenant en compte la différence intervenant lors de la solidification de ces alliages. On appelle acier un alliage à base de fer, contenant du carbone en quantité inférieure à 2% et éventuellementallié. Par ailleurs, il est utile de distinguer, à partir des états d’équilibre à 20°C, les aciers qui, à côté de l’agrégat eutectoïde (perlite)contiennent : Soit de la ferrite proeutectoïde ; ils sont alors dits hypoeutectoïdes; Soit de la cémentite proeutectoïde ; ils sont alors dits hypereutectoïdes. Les aciers étant des alliages à base de fer, nous allons donc examiner les propriétés de ce métal.
Influence des éléments d’alliage sur les propriétés chimiques des aciers
Nous n’évoquerons ici, en matière de propriétés chimiques, que la résistance des aciers à l’agressivité chimique de leur environnement. Dans cesconditions, il ne reste pratiquement à citer que le chrome qui est l’élément d’addition essentiel qui permet de conférer aux aciers un caractère d’in oxydabilité, c’est-à-dire une aptitude à s’auto protéger par formation d’une couche protectrice qui, après sa formation, arrête ou ralentit très fortement la progression de la corrosion. En corrosion aqueuse, cette couche dite passive a une composition très complexe qui dépend de celle de l’acier et de celle du milieu agressif ; elle contient généralement des ions hydroxydes, des cations des métaux oxydables contenus dans l’acier et des anions issus du milieu corrosif. En corrosion sèche à chaud, cette couche est essentiellement formée d’oxyde de chrome Cr2O3.
Influence de la présence d’un dépôt de produits de corrosion
Quand un acier subit la corrosion dans une solution aqueuse, sa surface peut se recouvrir d’un dépôt de produits de corrosion (oxydes de métal hydratés, sels insolubles). Une des questions essentielles qui se posent alors est de savoir quel rôle joue ce film vis à vis de la corrosion ? Même si un aspect bénéfique est généralement reconnu (processus « barrière » ou « frein » vis à vis des ions de la solution , il existe un certain nombre de cas où la présence de dépôt se traduit par une aggravation de l’attaque.
Des phénomènes de corrosion localisée peuvent tout d’abord intervenir. Par exemple, une situation typique de caverne (ou crevasse) peut se développer sous le dépôt, ou encore un mécanisme d’aération différentielle peut engendrer une aggravation de l’attaque au niveau de la zone exemptée d’oxygène, c’est-à-dire sous le dépôt.
En outre, une corrosion uniforme est également susceptible de se produire sous le dépôt. Ce type de corrosion a été globalement peu étudié et son existence semble dépendre des caractéristiques de la couche de produits de corrosion présente en surface.
Généralités sur les inhibiteurs de corrosion
Les inhibiteurs de corrosion constituent un moyen de lutte original contre la corrosion des métaux. L’originalité vient du fait que le traitement anticorrosion ne se fait pas sur le métal lui-même mais par l’intermédiaire du milieu corrosif.
Selon la norme ISO 8044, un inhibiteur est une “substance chimique ajoutée au système de corrosion à une concentration choisie pour son efficacité ; celle-ci entraîne une diminution de la vitesse de corrosion du métal sans modifier de manière significative la concentration d’aucun agent corrosif contenu dans le milieu agressif ” .
La définition d’un inhibiteur de corrosion n’est pas unique. Celle retenue par la “National Association of Corrosion Engineers (NACE)” est la suivante : “un inhibiteur est une substance qui retarde la corrosion lorsqu’elle est ajoutée à un environnement en faible concentration ” .
Propriétés et classes d’inhibiteurs
Partant de cette définition, un inhibiteur de corrosion doit donc vérifier un certain nombre de propriétés fondamentales : abaisser la vitesse de corrosion du métal tout en conservant les caractéristiques physico-chimiques de ce dernier ; être stable en présence d’autres constituants en particulier vis-à-vis de certains biocides ; être stable dans le domaine de températures utilisé ; être efficace à faible concentration ; peu onéreux par rapport aux économies qu’il permet de réaliser et finalement, être compatible avec les normes en vigueur de non-toxicité et de protection de l’environnement. Il existe plusieurs façons de classer les inhibiteurs de corrosion. Généralement, ils sont classés en fonction de leur domaine d’application, de la formulation des produits (inhibiteur organique, inhibiteur inorganique), de la réaction électrochimique inhibée (inhibiteur cathodique, inhibiteur anodique ou mixte), ou du mécanisme réactionnel mis en jeu (adsorption et/ou formation d’un film). Néanmoins, cette classification n’est pas tout à fait adéquate car un même inhibiteur peut
présenter à la fois des caractéristiques propres à chaque groupe de classement. Dans la classification relative au domaine d’application, nous pouvons distinguer les inhibiteurs de corrosion utilisés en milieux aqueux, organiques ou gazeux. Ceux utilisés en milieux aqueux sont choisis en fonction du pH du milieu : en milieu acide, ils sont utilisés afin d’éviter l’attaque chimique de l’acier lors d’une opération de décapage ou de détartrage et en milieu neutre/alcalin, ils sont souvent utilisés pour protéger les conduites des circuits de refroidissement.
Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I : CORROSION ET PROTECTION DES ACIERS ORDINAIRES
Introduction
I.1. Corrosion des aciers ordinaires
1.1.1. Approche cinétique
I.1.2. Facteurs influents
I.2. La matrice du fer : métallurgie et corrosion
I.2.1.Définition
I.2.2. Propriétés du fer
I.2.3. Influence des éléments d’alliages
I.3. Evaluation de la corrosion des aciers ordinaires
I.3.1. Méthodes classiques
I.3.2. Méthodes électrochimiques
I.3.3. Analyse critique de ces méthodes d’analyse
1.4. Influence de la présence d’un dépôt de produits de corrosion
I.4.1. Formation de dépôt
1.4.2. Caractéristiques des dépôts
I.4.3. Stabilité du dépôt-Adhérence
I.4.4. Stabilité du mode de corrosion uniforme et risque de corrosion localisée
I.5. Protection des aciers ordinaires de la corrosion
I.5.1. Prévention de la corrosion
I.5.2. Généralités sur les inhibiteurs de corrosion
1.5.2.1. Définition
1.5.2.2. Propriétés et classes d’inhibiteurs
I.5.3. Mise au point bibliographique sur les inhibiteurs de corrosion utilisés dans les
circuits de refroidissement
Références bibliographiques
CHAPITRE II : TECHNIQUES ET CONDITIONS EXPERIMENTALES
Introduction
II.1 Techniques expérimentales
II.1.1. Méthodes stationnaires
a) Suivi du potentiel en circuit ouvert
b) Courbes de polarisation
c) Mesures de la résistance de polarisation linéaire
II.1.2. Méthodes transitoires
II.1.2.1 Définition et principe
II.1.2.2 Impédance de différents phénomènes pouvant se produire à l’interface électrode/électrolyte
II.1.2.3 Exploitation des résultats
II.1.3. Méthodes d’analyse utilisées
II.1.3.1. Microscope optique
II. 2. Conditions expérimentales
II. 2.1. Montage expérimentale
II. 2.2. Solutions et matériaux étudiés
II. 2.2.1. Solutions
II. 2.2.2. Matériau
II.3. Protocole des mesures électrochimiques
II.3.1. Préparation de l’échantillon
II.3.2. Courbes courant – tension
II.3.3. Résistance de polarisation
II.3.4. Impédance électrochimique
Références bibliographiques
CHAPITRE III : EFFETS DES INHIBITEURS DANS 0,5 M NaCl ET 1 M H2SO4
Introduction
III.1. Etude du comportement électrochimique de l’acier A37 en milieu NaCl à 0,5 à M
III.1.1. Etude de l’effet de la concentration des ions chlorures sur la corrosion de l’acier A37 en absence d’inhibiteur
a. Suivi du potentiel d’abandon
b. Courbe de polarisation
c. Diagramme ’impédance
III.1.2. Caractérisation de l’action inhibitrice de chaque composé en milieu NaCl à 0,5M
III.1.2.1. Effet de l’HEDP
a. Courbes de polarisation
b. Diagrammes d’impédance électrochimiques
III.1.2.2. Effet du nitrate d’yttrium Y(NO3)3.6H2O
a. Courbe do polarisation
b. Diagrammes d’impédance électrochimiques
III.1.2.3. Effet du nitrate de cérium Ce(NO3)3.6H2O
a. Courbes de polarisation
b. Diagrammes d’impédance électrochimiques
III.1.2.4. Effet du chlorure de lanthane LaCl3
a. Courbes de polarisation
b. Diagrammes d’impédance électrochimiques
III.1.2.5. Effet du miel naturel
a. Caractérisation du miel par La méthode FTIR
b. Courbes de polarisation
c. Diagrammes d’impédance électrochimiques
III.1.4. Observation de la surface de l’acier A37 par le microscope EICA dans 0,5M NaCl (X200)
III.1.5. Comparaison des efficacités inhibitrices des différents inhibiteurs étudiés
III.2. Etude du comportement électrochimique de l’acier A37 en milieu acide H2SO4 à 1M
III.2. 1.Etude du comportement de l’acier A37 en milieu H2SO4 en présence des inhibiteurs minéraux
III.2.1.1. Influence de la concentration du nitrate d’yttrium Y(NO3)3.6H2O
a. Détermination de l’efficacité inhibitrice à partir de tracer des courbes de polarisation
b. Diagrammes d’impédance électrochimiques
III.2.2. Influence de la concentration de l’iodure de potassium (KI)
a. Détermination de l’efficacité inhibitrice à partir des droites de Tafel
b. Diagrammes d’impédance électrochimiques
III.2.2. Etude du comportement de l’acier A37 en milieu H2SO4 en présence d’inhibiteurs organiques
III.2.2.1. Influence de la concentration de la cystéine
a. Tracé des courbes de polarisation
b. Diagrammes d’impédance électrochimiques
III.2.2.2. Influence de la concentration de la L-méthionine
a. Détermination de l’efficacité inhibitrice à partir des tracés des courbes de polarisation
b. Diagrammes d’impédance électrochimiques
III.2.2. Observation de la surface de l’acier A37 par le microscope optique
III.2.3. Comparaison des efficacités inhibitrices des différents inhibiteurs utilisés dans le milieu H2SO4 à 1M
Références bibliographiques
