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Henriette Langevin
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2 Chapitre GENERALITES SUR LA CORROSION 1 La corrosion est le phénomène de dégradation des métaux et alliages par le milieu dan La corrosion se manifeste sous deux formes principales : la corrosion chimique (dans les milieux non électrolytiques) la corrosion électrochimique (corrosion métallique humide) La corrosion est donc la détérioration d un métal causée par une réaction avec son mili 2

3 La corrosion est l oxydation électrochimique d'un métal suivant la réaction. Pour l'acier : Fe Fe e - Ces réactions sont couplées à une réaction de réduction (c'est le "moteur" de la corrosi l'eau :2H + + 2e - l'oxygène : O 2 + 4H + + 4e - 2H 2 O ou O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH - H 2 en milieu acide 2H 2 O + 2e - H 2 + 2OH - en milieu alcalin H 2 O e+ e + O O O O 2 2H 2 4e - 2 O 4OH H 2 O + 4e - 4OH - O O 2 O 2 2 Fe 2+ e e + Fe 3

4 La quantité de courant qui traverse une pile est proportionnelle à la quantité demétal Fe F e e - Ions Electrolyte Courant - Ions + O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH - Anode Courant Métal Cathode e- 4

5 corrosion par piles galvaniques : (Hétérogénéité dans la constitution de l ouvrage Hétérogénéité des métaux Acier Fonte zone de corrosion Exemple : si l on établit un contact entre :- Acier et cuivre : il y a corrosion de l acier- 5

6 corrosion par piles galvaniques : (Hétérogénéité dans la constitution de l ouvrage m Hétérogénéité des métaux Acier Fonte zone de corrosion 6

7 corrosion par piles galvaniques : (Hétérogénéité dans la constitution de l ouvrage Hétérogénéité des surfaces Vieux pipe Pipe neuf Vieux pipe corrosion biologique : Certains milieux faiblement aérés comme les argiles, les vases peuvent conduire à des corrosions dites bactériennes. Ces groupes de bactéries appelés bactéries sulfato-réductrices que l'on peut trouver dans les sols et eaux naturell es, actives seulement dans des conditions de ph proches de la neutralité et en l'absence d'oxygène. Elles réduisent les sulfates se trouvant dans leur environnement produisant des sulfures, et accélèrent la corrosion de la structure. 7

8 corrosion par piles géologiques : (Hétérogénéité du milieu conducteur :électrolyte Une pile peut également être constituée en immergeant deux échantillons d unmême m Argile Sable Acier Acier zone de corrosion Une canalisation enterrée peut donc être le siège d une corrosion électrochimiquepar s 8

9 corrosion par aération différentielle : Sol bien aéré Surface du sol Pipe Sol humide peu ou pas aéré La corrosion par aération différentielle se traduit par un accroissement de lacorrosion d 9

10 Cas particuliers de corrosions électrochimiques par effets d'interactionseffe locomotive caténaire courant de traction sous-station SNCF + rail pipeline en acier zone de corrosion 10

11 Protection contre les courants vagabonds par drainage de courant.quelquef locomotive caténaire courant de traction sous-station + rail appareil de drainage polarisé pipeline en acier zone de corrosion lorsque le drainage polarisé n'est pas installé PROTECTION PAR DRAINAGE DE COURANT 11

12 Chapitre ANALYSE DES SOLS 2 AGRESSIVITE DES TERRAINS La conductivité du milieu ambiant joue un rôle déterminant dans le processus de corro Une forte conductivité augmente l intensité de ces courants et favorise le processus électrochimique. L agressivité d un terrain est donc caractérisée par sa résistivité électrique moyenne en ohm/m. En ce qui concerne les canalisations en acier, l agressivité des sols est définie comme suit : - 0 à 20 Ohms/mètre : importante - 20 à 50 Ohms/mètre : mitigée - 50 à 100 Ohms/mètre : douteuse - au-dessus de 100 Ohms/mètre : négligeable 12

13 Chapitre LA PROTECTION CATHODIQUE 3 PRINCIPE GENERAUX Au contact du sol, milieu électrolytique, l'acier peut être soumis à desphénom La protection cathodique consiste à amener par des moyensextérieu 13

14 Potentiel (V) par rapport à l'électrode à hydrogène Diagramme de POURBAIX PASSIVATION CORROSION IMMUNITE Comme valeur de potentiel,au-de Ph 14

15 Deux solutions sont possibles : soit de constituer une pile à l'aide d'un métal plus électronégatif que l'acier(aluminium soit l'on impose une tension entre la conduite et un autre métal qui va jouer lerôle d a protection par anode sacrificielle. Principe : on crée un couple galvanique dont la conduite sera la cathode de la pileet l 15

16 Le magnésium est le métal le plus utilisé dans les anode s sacrificielles car c'est celui qui a le potentiel le plus électronégatif ( mv pour le haut potentiel). Son utilisation est courante dans les sols plus résistants. A l opposé, le zinc est plutô t employé dans des sols peu résistifs (potentiel de 1100 mv). V + - voltmètre de contrôle du potentiel anodes sacrificielles au magnésium électrode de référence à poste fixe canalisations protégées cathodiquement 16

17 Protection par anode sacrificielle: exemple de réalisation (Gaz de France) 80 kms de conduite acier revêtus - Diam 100 à 500 mm - S à protéger = m2 dont 1/3 en terrain marécageux Protection assurée par 20 anodes magnésium (347 kg): 2 anodes de 8kg 17 de 17,5kg 1 de 32,5 kg pour traversée de rivière Métal à 925 mv en moyenne (Cu/CuSO4) 17

18 Protection par anode sacrificielle: applications classiques Ouvrages immergés (plate-formes de forage, sea-lines) Capacités enterrées (cuves d HC des stations services,citernes fuel domestique, ) Protection interne ou externe des réservoirs métalliques (pour assurer la protection les anodes doivent etre immergées dans un milieu conducteur homogène Conduites enterrées de faible longueur Protection de conduites offshore sur plusieurs kms 18

19 Protection par soutirage de courant (ou courant imposé) Principe : La protection cathodique par courant imposé permet d'atteindre lesmêmes 19

20 AC GENERATEUR DE COURANT CONTINU + - V + - voltmètre de contrôle du potentiel Déversoir anodes électrode de référence à poste fixe canalisations protégées cathodiquement L'avantage d'un système de protection cathodique par courant imposé c'est qu'ilpermet 20

21 Protection par soutirage de courant Anodes dans cuvelage Protection d un réservoir 21

22 Protection par soutirage de courant Domaines d application S emploie chaque fois que l intensité nécessaire à la protection est importante et que la portée demandée est élevée: Conduites immergées ou enterrées revêtues de quelques kms : par exemple canalisation acier de 300 kms de diam 300mm, protégée par 6 postes de soutirage Casings de forage Structures marines importantes (appontements, quais métalliques,plates-formes pétrolières, coques de navires,..) Réservoirs de stockage de grandes dimensions Ouvrages concentrés (stations de pompage ou de compression, terminaux, ) 22

23 Protection par drainage Courants vagabonds = courants électriques qui utilisent, pour revenir à leur source, des structures dans lesquelles ils ne devraient pas circuler. Se rencontre principalement dans le cas de V.F électrifiées. La protection par drainage qui consiste à canaliser ces courants vers leur source est la plus utilisée pour se protéger des effets corrosifs de ces courants Il est rarement possible d intervenir sur les entrées de courants vagabonds dans une structure. C est donc au niveau de la sortie de ces courants que l-on agit. Pour cela on établit une liaison polarisée (diode) entre la conduite et le rail, avec régulation 23

24 Cas particuliers de corrosions électrochimiques par effets d'interactionseffe locomotive caténaire courant de traction sous-station SNCF + rail Drainage pipeline en acier zone de corrosion 24

25 Dimensionnement d'un système de protection cathodiquele choix du système 25

26 Chapitre SEUIL D'IMMUNITE 4 Le contrôle de la protection cathodique est fondamental pour vérifier l'efficaci Le critère de protection, imposé par les normes, indique que la conduitedoit a «Potentiel OFF» signifie que le potentiel pris en compte pour le critère deprotection 26

27 Gradient de potentiel IR drop Potentiel en mv Cu/CuSO Potentiel à la coupure Dépolarisation -800 PC en On PC en Off Coupure de la PC Temps en millisecondes 27

28 Isolement des canalisations Un dispositif de PC est étudié pour un ouvrage précis. Il est donc nécessaire qu il soit délimité électriquement pour conserver à la PC toute son efficacité. D où : raccords isolants, supports isolants, (cf cours ENSPM) 28

29 Les prises de potentiels Permettent d assurer un contrôle périodique de l installation protégée. Points choisis plusieurs critères: Accessibilité (bordure de route) Résistivité du sol (un sol peu résistant est + agressif et la conduite aura besoin d une surveillance accrue Traversées de rivière Croisement avec d autres conduites Passage sous gaine métallique (1 prise sur la conduite + 1 sur la gaine) Passage sous ouvrage béton, etc. En l absence de points particuliers: distance moyenne entre 2 prises de potentiel = 3 km 29

30 Surveillance automatique de la PC Télétransmission : par ligne PTT par liaison radio directe par liason radio à partir d un avion ou hélicoptère par utilisation de la conduite enterrée comme support de transmission acoustique dans les milieux aquatiques Chaque poste de soutirage est doté d un code et d un émetteur. Il émet régulièrement.l I du courant de soutirage est surveillée par rapport à une consigne 30

31 Chapitre 5 MAINTENANCE ET SUIVI Une société spécialisée en protection cathodique doit vérifier l installation de une fois pa Contrôles et périodicités : suivant la norme EN : "Protection cathodique des structures métalliques enterrés ou immergées Vérification du fonctionnement des appareillage de protection Pour les Contrôles de l'efficacité des systèmes de protection cathodique Pour les 31

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