CEACAP, le 22 février 2017 «Physico-chimie et corrosion des réseaux de chauffage»

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1 CEACAP, le 22 février 2017 «Physico-chimie et corrosion des réseaux de chauffage»

2 Présentation des thèmes abordés Rappels: Qu est-ce que l eau? Les paramètres utiles au quotidien dans votre activité Le traitement de l eau Les équipements problématiques.. Les canalisations serties Les échangeurs thermo soudés Les chaudières en fonte d aluminium silicium Les purgeurs de haut de colonne et maintien de pression La prise de marché, questionnement : L analyse de prise en charge L embouage La corrosion

3 A posse ad esse non valet consequentia «de la possibilité d une chose on ne doit pas conclure à son existence»

4 Présentation des activités du LCFM Laboratoire d Analyse des Fluides et Matériaux Examens physico-chimiques Examens microbiologiques Examens métallographiques Macro & micrographiques Chimiques Analyse de dépôt solide (MEB/IRTF) Examens sur matériaux Béton, peinture, caoutchouc, polymères

5 Microscopie 3D Planéite

6 5 mesures par échantillon sont réalisées afin de vérifier la répétabilité selon les critères de la norme NF ISO Le tableau suivant regroupe les données statistiques des 5 mesures effectuées : Statistiques (% VOL) Mesure n Mesure n Mesure n Mesure n Mesure n MOYENNE D[4,3] (µm) 66,792 65,683 65,448 63,917 69,164 66,201 D[3,2] (µm) 9,459 9,617 9,917 9,297 9,682 9,594 % < 0,1 µm 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 % < 1 µm 3,241 3,150 3,059 3,339 3,188 3,195 % < 10 µm 11,359 11,433 10,550 11,134 10,650 11,025 % < 100 µm 83,281 83,230 83,231 84,541 82,544 83,365 % < 1000 µm 100, , , , , ,000 d(0,1) (µm) 8,909 8,868 9,535 9,056 9,441 9,162 d(0,2) (µm) 16,003 15,970 16,875 16,207 16,839 16,379 d(0,5) (µm) 42,001 42,593 43,452 41,270 43,507 42,565 d(0,8) (µm) 90,212 90,629 90,898 86,970 92,483 90,238 d(0,9) (µm) 131, , , , , ,002 - Tableau n 1 : Données statistiques - D[4,3] : Diamètre moyen en volume D[3,2] : Diamètre moyen pondéré en surface (diamètre de Sauter). % < x µm : % de particules (en volume) dont le diamètre est inférieur à x µm. d(0,1) : Diamètre en dessous duquel se situe 10 % du volume des particules. Exemple : d(0,1) = 50 µm signifie que 10 % des particules (en volume) ont un diamètre inférieur à 50 µm. La répétabilité des mesures est vérifiée par le calcul du coefficient de variation (CV), conformément à la norme NF ISO : Courbes de distribution granulométrique : Volume (%) - Tableau n 2 : Calcul du coefficient de variation (CV) - Distribution granulométrique des particules Taille des particules (µm) , vendredi 21 juin :17: , vendredi 21 juin :20: , vendredi 21 juin :22: , vendredi 21 juin :25: , vendredi 21 juin :28:33 Volume (%) CALCUL DU CV d0.1 (µm) d0.5 (µm) d0.9 (µm) Moyenne des 5 mesures 9,362 42, ,002 Ecart-type 0,410 0,958 4,001 CV (%) 4,382 2,250 3,077 Critères d'acceptation selon la norme NF ISO Graphe n 1 : Courbes de distribution granulométrique - Distribution granulométrique des particules Taille des particules (µm) , vendredi 21 juin :17: , vendredi 21 juin :20: , vendredi 21 juin :22: , vendredi 21 juin :25: , vendredi 21 juin :28:33 < 5 % < 3% < 5% Acceptable (oui/non) Oui Oui Oui - Graphe n 2 : Courbes des passants cumulés - Granulométrie laser

7 OBSERVATION DU DEPOT RECUEILLI Approche macrographique Le dépôt est constitué de plaques solides d aspect noir Eléments % massique % Atomique C O Mg Al Si P Ca Mn Fe Total MEB

8 Détermination du type de peinture: Spectromètre infrarouge IRTF en réflexion ATR Diamant, BRUKER Alpha Paramètres d acquisition : Mode : ATR Diamant / µ-atr Germanium / Réflexion / Transmission Résolution : 4 cm -1 Nombres de scans (mesure) : 24 scans Nombres de scans (background) : 24 scans Spectre : 4000 cm -1 à 375 cm -1 Spectres en absorbance /transmittance 2) OBSERVATION DE L ECHANTILLON SOUMIS A ESSAIS Cliché n 1, observation de l échantillon. IRTF

9 Absorbance Units Z:\IR\Résultats\2015\xx-xxxx-xxx-x.0 xx-xxxx-xxx-x ATR platinum Diamond 1 Refl SBO Wavenumber cm-1 Seite 1 von 1 Observation du spectre de l échantillon soumis à essai. Ci-après, comparaison de ce spectre par rapport à notre base de données Absorbance Units Echantillon soumis à essai Z:\IR\Résultats\2015\xx-xxxx-xxx-x.0 xx-xxxx-xxx-x ATR platinum Diamond 1 Refl SBO C:\Program Files\OPUS_65\search\Hit006.0 Résine enrobage a froid Instrument type and / or accessory RDU 2500 Spectre comparatif Wavenumber cm-1 CRITT Analyses & Surface Hotel d'entreprises - Atelier n 3 Parc d'activités des Saules VALDE REUIL Tél: +33(0) Fax: +33(0) Seite 1 von 1 L échantillon que nous avons examiné répond à celui d une résine époxy. Il répond à la fiche technique FREITAG, FREITAFLOOR EP 180, matériau appliqué /10/201 En rouge, le spectre de l échantillon. En bleu, le spectre comparatif d une résine époxy.

10 Microtomographie

11 Macrographie

12 Micrographie Acier inoxydable Cuivre

13 Qu est-ce que l eau?

14 Rappels L eau se présente sous 3 aspects La forme liquide La forme gazeuse La forme solide Le symbole chimique : H2O Hydrogène Oxygène

15 Le ph Le potentiel hydrogène L eau se dissocie en atomes Hydrogène (H+) et d hydroxyde (OH-). Le ph de l eau varie de 0 à 14. Une eau qui contient autant d atomes de H+ et d OH- est dite neutre, ph = 7. Une eau qui contient plus de H+ que de OH- est dite acide, ph < 7. Une eau qui contient plus de OH- que de H+ est dite basique ou alcaline, ph >7.

16 Le TH ou dureté totale Il indique la somme globale des sels de calcium (Ca++) et de magnésium (Mg++), il est exprimé en fr. Plus l eau est dure et plus elle contient de sels de calcium et de magnésium. Plus le TH est élevé et plus l eau sera incrustante. Sur Paris, le TH de l eau est compris entre 22 fr. et 30 fr.

17 Le TAC Le TAC ou Titre Alcalimétrique Complet indique la mesure globale des alcalis, des carbonates et des bicarbonates. Il est présent dans l eau à partir d un ph de 4,3 jusqu à 14 u/ph, son unité est le fr. Ces deux paramètres (TA/TAC) interviennent dans les problématiques d entartrage et de corrosion.

18 Les chlorures ou Tcl. Élément chimique particulièrement soluble,à l inverse des paramètres TH et TAC, il permet entre autre de fixer le rapport de concentration saline pour les réseaux de refroidissement atmosphérique (TAR) et de vérifier la qualité de l eau adoucie en dehors du TH. Les excès de chlorure ( > à 200 mg/l) sont de nature à augmenter les risques de corrosion sur les constituants métalliques. Il est exprimé en fr. pour le TCl ou en mg/l de chlorure. 1 fr. de chlorure est égal à 7,1 mg/l de chlorure.

19 Les éléments métalliques La recherche, dans l eau circulante de différents réseaux, des éléments Fer, Cuivre, Aluminium et Zinc permet d appréhender le risque de corrosion de ces constituants. Il faut prendre en considération non pas la valeur à l instant T mais leurs concentrations dans un contexte spatio-temporel, sous la forme de contrôles longitudinaux.. N oubliez jamais que les formes les plus répandues de corrosion n engendrent pas ou peu d oxydes métalliques solubles. On peut très bien ne pas détecter de fer dans l eau et ce n est pas pour autant que la corrosion sera absente. Le principe de la corrosion par aération différentielle ou effet EVANS en est un parfais exemple. Seuls les alignements physicochimiques permettent d établir le risque de corrosion dans un contexte spatio-temporel.

20 Le traitement de l eau Produits préventifs Produits curatifs

21 Les produits préventifs Produit alcalinisant permettant d instaurer un équilibre entre le ou les métaux et le fluide circulant. Le terme de passivant est alors usité. Les ph alcalins conviennent à l acier et au cuivre, en opposition avec l aluminium où le ph ne doit jamais excéder 8,3.

22 Les produits préventifs Dispersants: leur rôle de maintenir en suspension les matières afin d éviter les phénomènes de précipitation, entartrage et embouage. Ce sont en règle générale des agents tensio-actifs de répulsion.

23 Séquestrant/complexant Les séquestrants sont employés pour éviter les phénomènes de précipitation calco-carboniques (entartrage) Les plus répandus sont les phosphates, les phosphonates et l EDTA pour l essentiel.

24 Les inhibiteurs de corrosion Réducteur d oxygène type sulfite Les inhibiteurs anodiques type nitrite et molybdate, silicate, borate Les inhibiteurs cathodiques type phosphate de zinc

25 Les biocides Les biocides oxydants tels le Chlore, le brome. Il détruise les micro-organismes par oxydation chimique des parois cellulaires. Le ph de l eau doit être ajusté. Les biocides non oxydants tels l isothiazolone, l ammonium quaternaire. Leur but est de modifier les processus métaboliques. Leur activité est indépendante du ph.

26 L adoucissement Il a pour rôle de fixer les atomes de calcium et de magnésium et de libérer des atomes de sodium sur résine échangeuse d ions. L eau totalement adoucie est plus minéralisée que de l eau dure (1 Ca pour 2 Na). Danger: attention à l excès de chlorure lors de la phase de régénération et au pouvoir agressif de l eau adoucie qu il convient de corriger.

27 Les traitements curatifs Qu il s agisse de désoxydation et de désembouage, les produits employés doivent obligatoirement respecter l intégrité des matériaux constitutifs. Les réseaux concernés par ce type de traitement doivent disposer d équipements permettant la captation des matières dispersées. Ces traitements s inscrivent dans un contexte spatio-temporel.

28 Les équipements problématiques Les canalisations serties Les échangeurs thermo soudés Les chaudières en fonte d aluminium silicium Les purgeurs de haut de colonne et maintien de pression Les canalisations cuivre.

29 Les canalisations serties électro-zinguées Problème récurent lié à la soudure du feuillard La faible épaisseur La dissolution des joints de grains.

30 Soudure du feuillard

31 Soudure du feuillard

32 La faible épaisseur

33 Dissolution des joints de grains

34 Les échangeurs thermo soudés Le gel

35 Les échangeurs thermo soudés Le gel

36 Les échangeurs thermo soudés Les dépôts

37 Les échangeurs thermo soudés Les dépôts

38 Les chaudières en fonte d aluminium silicium, les retassures.

39 Les chaudières en fonte d aluminium silicium, le ph Les constituants aluminium en milieu hydrique ne supportent pas les milieux alcalins. Le ph de l eau ne doit pas être supérieur à 8,5 u/ph, le ph de 8,3 est préférable (absence d hydroxyde). En présence d éléments cuivre en bouclage, la corrosion galvanique est potentiellement élevée (2,1 E /V sur l échelle de NERST).

40 Purgeurs de haut de colonne et maintien de pression L oxygène est l un des moteurs essentiels de la corrosion notamment sur l acier. Les purgeurs de haut de colonne (pression critique) comme le dysfonctionnement des maintiens de pression contribuent à l entrée d air dans les réseaux fermés recyclés. Leur contrôle régulier est plus que nécessaire

41 Purgeurs de haut de colonne et maintien de pression, exemple de corrosion

42 Les appoints en eau non contrôlés. Les bâches de maintien de pression à plan d eau non hermétique. Les canalisations PER non munies de BAO (barrière anti-oxygène). Certains produits font l objet d un ATEC (CSTB).

43 Les canalisations cuivre Les réseaux ECS, notamment en milieu hospitalier, sont confectionnés en tube cuivre pour des raisons sanitaires (le cuivre favorise moins la formation de biofilm). Danger: la vitesse de circulation ne doit jamais excéder 0,8m/s sinon le phénomène de corrosion/érosion/abrasion est encouru. Au-delà de 1,2m/s la corrosion est inévitable.

44 Les canalisations cuivre, exemple de corrosion/érosion abrasion

45 Les canalisations cuivre, exemple de corrosion/érosion abrasion, empreinte fer à cheval

46 Les réseaux d eau glycolée De nombreux problèmes de corrosion ou de perte d échange interviennent sur les réseaux d eau glycolée. Ce qu il faut savoir:

47 Les réseaux d eau glycolée Les glycols se divisent en deux catégories: Les glycols dits alimentaires, monopropylène glycol (CH3 -CH CH2) Les glycols dits industriels, monoéthylène glycol (CH2OHCH2OH). Le choix réside selon risque de passage fortuit du soluté glycolé vers un réseau sanitaire. Dans ce cas, seul le monopropylène glycol doit être employé.

48 Les réseaux d eau glycolée Risque majeur et fréquent : Le glycol doit posséder un inhibiteur de corrosion et une réserve alcaline d au moins 10 mg/l pour un soluté à 33%. Les appoints d eau diminuent l activité des inhibiteurs de corrosion dont la partie réserve alcaline. Le risque de production d acide glycolique est alors élevé.

49 Les réseaux d eau glycolée L acide glycolique (CH2-OH-CO2H) engendre un ph acide au sein du réseau et génère la corrosion des constituants métalliques ferreux et cuivreux. Il convient alors d expurger ce fluide du réseau, d effectuer une opération de passivation et ensuite, après contrôle physico-chimique, de recharger en glycol le réseau.

50 Les bactéries de la corrosion Les sinistres engendrés par ces bactéries sont nombreux, beaucoup plus nombreux qu il y parait. Seule une analyse microbiologique des IRB (bactéries ferrugineuses) et SRB (sulfatoréductrices) permet d appréhender ce type de risque

51 Les bactéries de la corrosion, exemple de dégradation par des SRB.

52 Les bactéries de la corrosion, exemple de dégradation par des IRB en grappe

53 Les bactéries de la corrosion, exemple de dégradation par des IRB Ce qu il faut retenir des bactéries de la corrosion c est que leurs métabolites sont acides et qu elles se développent dans les réseaux fermés recyclés chaud ou froid. Les traitements de désinfection sont assez délicats car dans tous les cas, il faut désoxyder pour atteindre les bactéries vivant sous construction métabolitaire.

54 conclusion Le tour d horizon est succinct, malgré tout vous êtes informés de la nature de désordres touchant les réseaux techniques fussent-ils caloporteurs ou frigoporteurs. Les exemples cités sont hélas fréquents pour y avoir consacré un peu de votre temps que je sais précieux Bernard DULOT / LCFM