Lutte contre la corrosion de l’acier par utilisation de revêtements organiques

Lutte contre la corrosion de l’acier par utilisation de
revêtements organiques

Le phénomène de la corrosion 

Définition Le mot « corrosion » vient du latin « corroder » qui signifie ronger ou attaquer. En effet, la corrosion des métaux et alliages est définie comme étant « une interaction physico-chimique entre un métal et son milieu environnant entraînant des modifications dans les propriétés du métal et pouvant conduire à une dégradation significative de la fonction du métal, du milieu environnant ou du système technique dont ils font partie » . Une autre définition, considère que ce phénomène n’est autre que le retour des métaux et alliage à leurs états naturels de minerais. Dans tous les cas, quelle que soit la définition adoptée, la corrosion est une dégradation. Selon le milieu environnant, la corrosion est dite sèche quand elle apparaît dans les environnements gazeux, et humide lorsqu’elle a lieu dans les milieux liquides, notamment aqueux .

L’origine naturelle de la corrosion 

Dans la nature, tous les métaux, à l’exception de ceux dits nobles tels que l’Or (Au), l’argent (Ag), le platine (Pt), etc., se retrouvent sous forme de composés : oxydes métalliques, sulfures, etc. Cet état est du point de vue thermodynamique très stable. En effet, la corrosion ne peut se produire que si les produits de corrosion sont plus stables que les réactifs. Par exemple, le fer est moins stable que l’oxyde ferrique Fe2O3 (la rouille). Alors que l’or, qui existe à l’état pur dans la nature du fait de sa grande stabilité, a une excellente résistance à la corrosion. Autrement dit, une corrosion ne se développe que si la différence d’enthalpie libre entre les produits et les réactifs de la réaction de corrosion est négative.Tableau I. 1 : Enthalpie libre de certaines réactions de corrosion. Réactions Enthalpie libre (kJ/mol) 4Fe(s) + 3O2(g) → 2Fe2O3(s) -742,2 Possible 4Au(s) + 6H2O(l) + 3O2(g) → 4Au(OH)3(s) +24,0 Impossible Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g) -147,0 Possible L’énergie considérable fournie pour l’obtention des métaux, par les procédés de la métallurgie, fait que les métaux obtenus se trouvent dans un niveau énergétique élevé, ce qui les rend thermodynamiquement instables. C’est pour cette raison que tous les métaux usuels ont tendance à retourner à leur état énergétique initial, sous l’action du milieu environnant .

 Les différents types de corrosion 

Selon la nature du milieu environnant d’un métal et de son comportement vis-à-vis de ce dernier, nous pouvons distinguer trois types de corrosion. 

La corrosion sèche 

Ce type de corrosion se produit principalement par l’action chimique directe des gaz atmosphériques tels que l’oxygène, les halogènes, le sulfure d’hydrogène, le dioxyde de soufre, l’azote ou le liquide inorganique anhydre avec des surfaces métalliques à proximité immédiate [5-6]. Son mécanisme est schématisé à la figure I.2 [4]. Elle ne fait pas intervenir le passage d’un courant électrique mais plutôt un transfert de charges électriques. Elle a lieu à température élevée et en l’absence d’électrolyte. Elle est généralement rencontrée dans les industries produisant ou utilisant les acides [7-8]. Elle aboutit à la formation d’une couche d’oxyde superficielle selon la réaction générale suivante : M (métal) + G (gaz) X (oxyde métallique) Figure I. 2 : Mécanisme de la corrosion atmosphérique. NB : L’attaque d’un métal par un autre métal liquide (Hg : mercure), par un sel fondu ou par une solution non aqueuse (Al dans CCl4) peut être considérée comme une corrosion chimique [9]. 

 La corrosion biochimique ou bactérienne 

Elle est due à l’activité vitale des divers microorganismes utilisant le métal comme milieu nutritif ou sécrétant des produits qui altèrent le métal. Son évolution est favorisée par les sols de composition déterminée, les eaux stagnantes, etc. L’attaque se fait principalement par des bactéries comme les bactéries sulfo-réductrices (BSR). Les BSR sont des micro-organismes qui transforment les sulfates en sulfure qui génèrent ensuite une corrosion acide selon le mécanisme schématisé ci-dessous [10-11]. Figure I. 3 : Schéma du mécanisme de corrosion par BSR. La lutte contre cette forme de corrosion est à l’heure actuelle essentiellement d’ordre biologique. Elle est réalisée par injection de produits bactéricides dans les milieux corrosifs.

La corrosion humide ou électrochimique 

Ce type de corrosion est de loin la plus rencontrée

Elle est essentiellement un phénomène de nature électrochimique par lequel un métal se dissout dans un électrolyte en libérant des électrons. La réaction de dissolution prend alors la forme suivante [12-13] : M → Mn+ + ne- (1) Cette réaction représentant la dissolution du métal est dite anodique ou réaction d’oxydation (réaction de perte d’électrons). Elle conduit à la libération de n électrons. Etant donné que ces électrons ne peuvent être accumulés dans une partie d’un système conducteur, ils sont alors acceptés par un autre système. Ainsi, pour qu’il y ait corrosion, il est nécessaire que se déroule simultanément à la réaction (1), une autre réaction dite cathodique ou réaction de réduction (réaction de gain d’électrons) de la forme suivante [14] : Ox + ne – → Red (2) Où Ox représente une espèce oxydée (un oxydant) existant en solution et Red est la forme réduite. Les deux réactions se produisent simultanément de sorte que le courant électrique total est en apparence nul : il existe néanmoins réellement. Il est nommé courant de corrosion. La réaction globale est de la forme : Métal + Agent oxydant  Métal oxydé + Agent réduit. Comme agents oxydants, on peut citer : H2O, O2, acides, bases, etc.

Aspects de la corrosion

 Les principaux types de corrosion sont regroupés en deux grandes familles : la corrosion généralisée ou uniforme et la corrosion localisée. Figure I. 4 : Schéma de principe de la corrosion localisée et de la corrosion uniforme. 

 La corrosion uniforme 

La corrosion uniforme est la conséquence de l’oxydation de tous les atomes constitutifs de la surface d’un matériau qui sont attaqués sensiblement à la même vitesse par le milieu corrosif. Ceci se traduit, à l’échelle macroscopique, par une diminution régulière de l’épaisseur de métal 

La corrosion localisée

 La corrosion localisée est la forme la plus dangereuse ; le dommage produit atteint préférentiellement une ou plusieurs zones spécifiques, plutôt que l’ensemble de la surface (corrosion généralisée par dissolution lente et uniforme) [15-16].  La corrosion galvanique Cette forme de corrosion se manifeste lorsque deux métaux de nature différente sont en contact dans un électrolyte. L’ensemble de ce dispositif constitue une pile électrochimique dont l’anode est le métal le moins noble (potentiel plus faible) et la cathode le métal le plus noble (potentiel plus élevé). Le transfert d’électrons se faisant de l’anode vers la cathode, le métal le moins noble se corrode au bénéfice du plus noble qui reste intact [15-16].  La corrosion caverneuse Elle est également dite corrosion par aération différentielle. Elle se produit dans des fissures ou des crevasses formées entre deux surfaces d’un même métal, de deux métaux différents ou entre un métal et un matériau non métallique. Cette forme de corrosion est due à une entrée limitée d’oxygène dans la zone caverneuse, conduisant ainsi à la dissolution du métal dans cette partie dite également anodique et à la réduction de l’oxygène dans la partie plus aérée [15-17].  La corrosion par piqures Cette forme de corrosion touche le plus souvent les métaux ou alliages passivables. Ces derniers doivent leur résistance à la corrosion à une fine couche d’oxyde protectrice de quelques nanomètres d’épaisseur à leur surface, empêchant ainsi la dégradation du matériau en profondeur. C’est le cas de l’aluminium, du titane et de l’acier inoxydable. La corrosion de ces types de matériaux commence par une rupture locale de cette couche. Cette zone dénudée constitue donc une surface active qui peut être attaquée par un agent corrosif [15-16].  La corrosion sélective C’est une forme de corrosion touche essentiellement les alliages. Il s’agit d’une dissolution ciblée d’un élément de l’alliage, conduisant à la formation d’une structure métallique poreuse,  les autres éléments n’étant pas attaqués. Cette forme de corrosion est très dangereuse car étant difficilement détectable. En effet, l’alliage corrodé semble intact alors qu’il perd considérablement sa résistance du fait de la porosité engendrée [15-16].  La corrosion inter-granulaire C’est une forme de corrosion qui touche essentiellement les alliages tels que les aciers inoxydables austénitiques. Ces matériaux contiennent une faible quantité de carbone. Elle se déroule au niveau des joints des cristaux d’une structure métallique. Elle apparait le plus souvent lors des traitements thermiques (soudage) dans la plage de température de 565 à 870 °C. Pendant le traitement, le carbone se combine avec le chrome, nécessaire à la protection contre la corrosion du matériau, pour former du carbure de chrome au niveau de joints inter-cristallins. Elle conduit à une désintégration mécanique rapide de la matière [15-16].  La corrosion érosion Cette forme de corrosion concerne généralement les métaux ou alliages passivables. Elle est le fait du mouvement d’un fluide corrosif sur un défaut de surface d’un matériau métallique. Ce défaut de surface peut être le fait d’impacts des particules solides contenues dans le fluide, d’impacts des gouttes liquides dans un fluide gazeux, ou par frottement local entre deux surfaces métalliques. Elle dépend de la vitesse d’écoulement du fluide, de la température, du pH et se caractérise par une dégradation locale du matériau sous forme de rayure, d’ondulation, de ravinement, etc. [15-16].  La corrosion sous contrainte C’est la combinaison d’un facteur mécanique et d’une attaque corrosive. Elle se manifeste par une fissuration inter ou transgrannulaire au sein d’un métal ou d’un alliage. Elle est causée par une action mécanique cumulative (résiduelle ou appliquée) et une réaction électrochimique dans un milieu agressif, chacun de ces facteurs pris séparément n’étant pas susceptible d’endommager la structure [15-16].  La fatigue corrosion Cette forme de corrosion résulte d’une sollicitation cyclique, sur un matériau, combinée à l’action d’un environnement corrosif. Ces sollicitations peuvent être de nature mécanique ou par variation cyclique de température (chauffage-refroidissement) .