Les opérateurs protègent les pipelines des effets de la corrosion qui apparaissent dans le temps, en appliquant des revêtements de haute qualité pour minimiser l’interaction entre le tuyau et le sol environnant. Cependant, des défauts peuvent apparaître dans le revêtement. Une méthode secondaire de protection du tube contre la corrosion est donc nécessaire. La corrosion est le processus électrochimique qui se produit lorsqu’un métal est exposé à son environnement. Elle e produit normalement à l’anode mais pas à la cathode du circuit. Le principe de la protection cathodique consiste à connecter une anode externe au métal à protéger et à faire passer entre eux un courant continu positif de sorte que le métal devienne cathodique et ne se corrode pas. La protection cathodique, est donc une technique de prévention de la corrosion, elle a été utilisée avant la mise au point de la science de l’électrochimie. Cette méthode a été utilisée en 1824 par Humphrey Davy pour protéger les navires de guerre britanniques. Au début, elle était principalement utilisée pour protéger les structures d’acier ordinaires dans le sol et dans l’eau de mer, mais maintenant cette technique est utilisée pour la protection des pipelines enterrés, des ponts, des navires, des plates-formes Offshores,…etc. La protection cathodique est généralement appliquée avec des revêtements pour protéger la structure des effets de pertes de revêtement ou des dommages pouvant commencer à former des piqûres sur la surface du métal.

Protection Cathodique

Définitions la protection cathodique (CP)

Les surfaces métalliques exposées à un électrolyte ont une multitude de sites anodiques et cathodiques microscopiques. Lorsque les anodes sont plus électronégatives que les cathodes, une différence de potentiel est créée entre elles, ce qui permet à la corrosion de se produire. La fonction de la protection cathodique est de réduire la différence du potentiel entre les anodes et les cathodes à une valeur suffisamment basse ou négligée. De cette manière, le courant de corrosion est atténué selon la loi d’Ohm.

Principes clés de la protection cathodique

Le principe de la protection cathodique est de fournir un courant externe au matériau, qui force le potentiel de l’électrode vers le bas dans la région de l’immunité. La protection cathodique est obtenue en fournissant des électrons à la structure à protéger, ce qui à son tour supprime la dissolution du métal, diminuant ainsi la vitesse de corrosion.

Quatre éléments essentiels nécessaires pour favoriser la pile de corrosion : La cathode, l’Anode, l’Electrolyte et le chemin physique, éliminer un de ses éléments, la pile de corrosion est inhibée.

➤ La Cathode : consiste la partie protégée contre la corrosion.
La Cathode est connectée à la borne d’alimentation négative, attirant des particules chargées positivement.
➤ L’Anode : où la corrosion se produit.
L’anode utilisée pour la protection cathodique des structures enfouie n’est pas en contact direct avec le sol dans lequel elle est enterrée. La raison en est que le sol contient de nombreux minéraux et autres produits chimiques qui pourraient affecter l’anode et donc diminuer son efficacité. L’un des effets nocifs qui pourrait être causé par les minéraux est l’accumulation de films à haute résistance sur la surface de l’anode, ce qui entrave sa conductivité.
➤ L’électrolyte : Sol ou eau ou tout environnement conducteur.
Les électrolytes jouent un rôle essentiel dans le processus de corrosion puisque leur présence déclenche une réaction entre deux métaux dissemblables.
➤ Le chemin physique : relie physiquement l’anode à la cathode.

Types de protection cathodique

La protection cathodique généralement décrite comme une méthode électrochimique pour la prévention ou la réduction de la corrosion sur une surface métallique en faisant du métal protégé la cathode d’une cellule électrochimique, en utilisant un courant galvanique ou un courant imposé. Donc on peut distinguer [4] :
1. Protection Cathodique par Anode Sacrificielle (SACP).
2. Protection cathodique à courant imposé (ICCP).

Protection Cathodique par Anode Sacrificielle (SACP)

Dans un système de protection cathodique par anode sacrificielle, le courant continu provient de la différence naturelle du potentiel entre le métal de l’anode externe (typiquement le magnésium « Mg », l’aluminium « Al » et le zinc « Zn ») et celui du tube par exemple (acier au carbone) auquel il est relié électriquement. Alors que la conduite est protégée, l’anode se corrode préférentiellement et est appelée « sacrificielle ». Les systèmes galvaniques sont faciles à installer, ont de faibles coûts d’exploitation et nécessitent peu d’entretien. Ils n’ont pas besoin d’une alimentation externe et interfèrent rarement avec des structures étrangères. Cependant, ils offrent une protection limitée des grandes structures et sont principalement utilisés pour des applications de protection cathodique localisées .

Protection cathodique à courant imposé (ICCP)

Dans un système à courant imposé, une source d’alimentation CC externe (courant alternatif redressé) provenant d’un transformateur est utilisée pour imposer un courant à travers un lit anodique externe sur le tuyau, provoquant la cathode de sa surface. La sortie du courant élevée de ce type de système CP est capable de protéger économiquement de grandes longueurs de pipeline. Cependant, les systèmes à courant imposé reposent sur une source d’alimentation CA continue ainsi que sur le fonctionnement du transformateur redresseur (T/R) qui alimente le système .

Critères de la protection cathodique

Pour obtenir une protection adéquate, la structure protégée doit être polarisée à une certaine valeur. Le potentiel polarisé est mesuré par rapport à une certaine électrode de référence. L’électrode de référence Cuivre/Sulfate de Cuivre (CSE) est l’électrode la plus couramment utilisée dans le sol et de l’eau douce. Le potentiel polarisé de la structure protégée doit être supérieur ou égal en valeur absolue à -850 millivolts (mV) par rapport au CSE (Ce critère est pour l’acier au carbone ; les critères peuvent différer d’autres types de métaux).

Application des systèmes de protection cathodique sur les pipelines enfouis

Les pipelines sont utilisés pour le transport de l’eau, des produits pétroliers, du gaz naturel et d’autres services publics. Il y a un énorme réseau de systèmes de tuyauterie utilisés dans tous les pays du monde. Les pipelines peuvent être Onshore ou Offshore, et sont sujets à la corrosion dans les deux cas. Si la corrosion n’est pas atténuée, des dommages dangereux et coûteux peuvent en résulter. Plusieurs techniques de contrôle de la corrosion sont utilisées sur les pipelines, la protection cathodique en fait partie. Elle peut être appliquée soit aux canalisations revêtues pour atténuer l’attaque de la corrosion sur les zones où la qualité du revêtement peut être mauvaise. Elle est également utilisée sur les pipelines non revêtues. Les deux types de protection peuvent être appliqués aux pipelines enfouis. L’application de l’un ou l’autre de ces types dépend de plusieurs facteurs, tels que le courant requis, la résistivité du sol et la zone à protéger. Un fonctionnement incorrect des systèmes de protection cathodique peut entraîner un manque de protection et même causer des dommages.