CORROSION ET PROTECTION CATHODIQUE
LA CORROSION
On définit la corrosion comme la destruction des métaux qui se produit sous l'effet de réactions chimiques ou électrochimiques, lorsqu'ils sont en contact avec un électrolyte.
Dans le domaine qui nous concerne, la corrosion est un phénomène purement électrochimique puisqu'il s'agit d'échanges d'électrons en présence d'un électrolyte. Il y a dissolution du métal.
Les théories sur la corrosion sont toutes fondées sur la structure atomique de la matière.
L'atome est formé d'un équilibre de charges positives (protons) et de charges négatives (électrons). Les métaux, de par la répartition des électrons sur les orbites autour du noyau, ont tendance à perdre des électrons, il y a alors excès de charges positives, l'atome est devenu un ion positif.
Spontanément, un métal plongé dans un électrolyte a tendance à faire passer en solution des ions positifs. Le métal reste chargé négativement par les électrons. L'attraction des couches positives et négatives établit un certain équilibre.
Fe <-> Fe++ + 2 e-
Toute destruction de cet équilibre, provoquée par le départ des électrons, provoque les phénomènes de corrosion.Cet équilibre, correspond à une certaine différence de potentiel entre le métal et l'électrolyte dans lequel il est plongé.
Ce potentiel dépend :
de la nature du métal,
de la nature de la solution électrolytique.
ECHELLE DE CLASSIFICATION DES METAUX
ECHELLE DE NERNST
Cet échelle a pour principal intérêt de déterminer le comportement d'un métal par rapport à un autre.
Dans cette liste, le potentiel des métaux va décroissant. Tout métal de la liste est dit "noble" par rapport à ceux qui le suivent.
DIVERS FACTEURS DE CORROSION
HETEROGENEITE DU TERRAIN
Une conduite, en fonction de sa longueur, va inévitablement traverser des terrains de natures différentes donc des électrolytes différents.
L'"Equilibre" dépend de la nature de la solution. Ce dernier ne pouvant être atteint, la différence de potentiel du métal par rapport à cet électrolyte va varier.
Supposons une conduite traversant un terrain particulièrement sec (ex : sable très forte résistivité), puis un terrain humide ( ex : argile - faible résistivité). Le métal prend un potentiel plus élevé dans le sol sec et plus négatif dans les zones humides. Ces dernières se corrodent par suite d'une circulation de courant.
La conduite va se corroder dans la zone humide.
Le même phénomène peut se produire entre la génératrice inférieure d'une conduite reposant sur le fond de fouille (terre vierge compacte humide) et la terre de remblai (meuble et aérée).
HETEROGENEITE DU METAL
Si l'on plonge dans un même électrolyte 2 métaux de natures différentes, réunis par un contact quelconque, l'équilibre, donc la différence de potentiel de chacun de ces métaux est différente.
Il s'établit par conséquent une circulation d'électrons à l'intérieur du métal et de la liaison.
Le courant électrique, ainsi établit, sort du métal en direction de l'électrolyte : ce métal se corrode.
D'un point de vue pratique, des métaux aussi proches que l'acier et la fonte, peuvent provoquer ces phénomènes.
Il n'est pas rare de rencontrer une corrosion importante sur des boulons en acier servant à l'assemblage de brides de conduites en fonte.
CORROSION PAR COURANTS VAGABONDS
Dans ce cas, la formation des zones anodiques (concentration de charges positives) et cathodiques (concentration de charges négatives) sont dues à des sources extérieures d'énergies.
La traction électrique en courant continu (S.N.C.F., R.E.R. ou autre) ou tout autre type d'appareillage (pont roulant, grues, etc ...) ont en principe une alimentation par un pôle isolé et un retour par les rails de roulement.
En fait, la continuité de ces liaisons de retour n'est pas toujours parfaite et leur isolement par rapport au sol souvent défectueux.
Un partie des courants passe donc des rails dans le sol, rentre dans la canalisation voisine, circule dans la conduite et repasse de cette canalisation vers la source.
C'est dans le secteur de cette sortie de courant qu'il y a perte de métal.
LA PROTECTION CATHODIQUE
Les phénomènes de corrosion sont électrochimiques , ils peuvent donc être modifiés ou annulés par des méthodes électrochimiques
La protection cathodique consiste, par l'action d'un courant électrique, à modifier les réactions métal - électrolyte de manière qu'il n'y ait plus à l'interface métal - milieu que des réactions de réduction.
HISTORIQUE
Cette technique de protection s'est généralisée après la seconde Guerre Mondiale, surtout sur les canalisations enterrées.
Actuellement, cette technique est fréquemment utilisée pour la protection des réseaux Gaz, des pipelines grandes distances, des réseaux et citernes enterrés de stations service, de réseau d'eau (alimentation des châteaux d'eau).
Cette technique s'applique désormais à biens d'autres ouvrages tels que: palplanches immergées, arbres d'hélice, etc...
En fait, elle peut s'appliquer à tout métal en contact avec un électrolyte, c'est à dire un milieu conducteur (sol, eau de mer, eau douce).
OBJECTIFS
L'objectif d'une protection cathodique est d'abaisser le potentiel naturel du métal à un niveau de -850 mV de manière à ce qu'il se trouve en zone d'immunité.
Pourquoi -850 mV: DIAGRAMME DE POURBAIX
ETUDE ET CALCUL
Le type et la puissance de l'installation de protection cathodique à mettre en œuvre sont déterminés à partir des paramètres énoncés ci dessus, soit:
- Caractéristiques dimensionnelles des canalisations à protéger (diamètre, longueur)
- Degré de corrosivité du milieu environnant (Résistivité)
- Degré d'isolement électrique de l'ouvrage par rapport au milieu
- Environnement général de l'ouvrage (courants vagabonds)
- Durée de vie prévue de l'installation
PROTECTION ACTIVE
La protection cathodique par "soutirage de courant", consiste à relier les structures à protéger au pôle négatif d'un générateur de courant continu, dont le pôle positif est relié à un déversoir de courant plongeant dans le même électrolyte que la structure à protéger.
Le courant continu débité par le générateur est diffusé dans l'électrolyte par le déversoir et est capté par les structures à protéger qui sont ainsi portées à un potentiel électronégatif par rapport au sol.
CHOIX DES ANODES
Les déversoirs anodiques sont constitués de masses métalliques sacrifiées. Ces déversoirs doivent être conçus de manière:
- A n'être consommés qu'après un nombre d'années déterminé, en général le plus grand possible
- A ne présenter qu'un faible résistance de contact avec le sol ou l'eau de façon à ne nécessiter qu'une force électromotrice aussi faible que possible pour limiter la puissance du générateur de courant.
PROTECTION PASSIVE
Cette méthode est généralement réservée pour la protection des ouvrages de faible longueur ou dans des milieux ou les résistivités sont très faibles.
Par cette méthode, on crée un couple galvanique dont la pièce à protéger sera la cathode de la pile et l'anode, un métal judicieusement choisi pour son potentiel plus électronégatif que celui de la pièce à protéger.
Les métaux les plus couramment utilisés pour assurer la masse anodique de ce type de protection sont le Magnésium, le Zinc ou l'Aluminium
CONTROLE
L'efficacité d'une installation de protection cathodique dépend des contrôles annuels qui y sont réalisés.Contrôle par l'exploitant:
ALIMENTATION DU POSTE DE SOUTIRAGE
CONTROLE D'EFFICACITE
Cette opération consiste à vérifier que le niveau de potentiel requis est bien atteint en tous les points de mesures prévus sur l'ouvrage.
Ce type de contrôle est généralement effectué une fois par an.
doc. ATI
