OBJECTIFS DU MODULE DE FORMATION

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1 SKILLS

2 LA CORROSION

3 OBJECTIFS DU MODULE DE FORMATION Connaître le mécanisme de corrosion et ses facteurs Connaître les dispositifs de protection existants Comment adapter les protections et concevoir des pièces spécifiques aux conditions d utilisation de la structure 3

4 SOMMAIRE Introduction I. Mécanisme de la corrosion II. Facteurs engendrant la corrosion III. Les différents types de corrosion IV. Protections possibles Conclusion 4

5 INTRODUCTION Le phénomène de corrosion => lourdes conséquences lorsque non maîtrisé En effet, il peut avoir des impacts: sur la sécurité (instabilité des structures, rupture d assemblages, conduite de gaz percée) économiques (conduite de pétrole percée) environnementaux (dispersion des résidus dans les eaux de ruissellement) Concerne tout secteur d activité (centrales nucléaires, industrie pétrochimique...) Primordial de comprendre le mécanisme de corrosion afin de prescrire et appliquer des méthodes adéquates pour éviter son développement. 5

6 MÉCANISME DE LA CORROSION

7 I. MÉCANISME DE LA CORROSION 1. Définitions Corrosion: Interaction physico-chimique entre un métal et son milieu environnant, entraînant des modifications dans les propriétés du métal et souvent une dégradation fonctionnelle du métal lui-même, de son environnement ou du système technique constitué par les deux facteurs. Electrolyte: milieu électriquement conducteur (eau, sol...) Agent corrosif/oxydant : Elément qui, mis au contact d un métal donné, réagit avec ce dernier et contribue à sa corrosion. Il peut être contenu dans l électrolyte (oxygène contenu dans l eau par exemple). 7

8 I. MÉCANISME DE LA CORROSION A chaque couple oxydant/réducteur «Ox/Red» est associé un potentiel (= une énergie) *Oxydant: capte des électrons *Réducteur: cède des électrons Ox n e - + Red Dans le cas des métaux: M M n+ + n e - exemple: Fe Fe e - La corrosion Phénomène équivalent à une pile électrochimique 8

9 I. MÉCANISME DE LA CORROSION Cathode + Anode - e- e- 9

10 I. MÉCANISME DE LA CORROSION Cathode + Anode - 10

11 I. MÉCANISME DE LA CORROSION En conclusion, la corrosion est une réaction d oxydo-réduction irréversible entre un oxydant et un métal présent dans un électrolyte 11

12 I. MÉCANISME DE LA CORROSION 2. Le mécanisme Corrosion d un métal - oxydation du métal, - formation de produits de corrosion solides, - varie en fonction de l environnement, - destructeur * ou au contraire bénéfique* Exceptions: l or et autres métaux nobles => pas d oxydation 12

13 I. MÉCANISME DE LA CORROSION Destructeur => produits de corrosion non adhérents Facteurs environnants Facteurs environnants Acier Acier Bénéfique => produits de corrosion adhérents formant une couche protectrice (métaux dits passivables) Facteurs environnants Facteurs environnants Zinc 13 Zinc

14 I. MÉCANISME DE LA CORROSION Noblesse des métaux Echelle des potentiels (énergie associée à un élément chimique) Minerai (état naturel) métaux sous forme oxydée/corrodée = état énergétique stable 14

15 I. MÉCANISME DE LA CORROSION Métal pur vers le minerai Énergie +/- importante pour atteindre l état stable différence d énergie = potentiel + énergie importante = + corrosion du métal 15

16 I. MÉCANISME DE LA CORROSION Existence d échelles de potentiels / série galvanique Potentiel «standard» à 25 C dans l air par rapport à l hydrogène (référence pour cette échelle de valeur) E Cathodique Corrosion E Anodique Corrosion 16

17 I. MÉCANISME DE LA CORROSION 17

18 FACTEURS ENGENDRANT LA CORROSION

19 II. FACTEURS ENGENDRANT LA CORROSION 3 principaux facteurs : La nature du métal L environnement La conception des pièces 19

20 II. FACTEURS ENGENDRANT LA CORROSION 1. La nature du métal 1.1 Le potentiel métal pur retour à sa forme oxydée avec une certaine énergie Corrosion liée à la noblesse du métal corrosion 20

21 II. FACTEURS ENGENDRANT LA CORROSION 1. La nature du métal 1.1 Le potentiel Association de 2 métaux différents Cathode + Anode - Différence de potentiel importante Corrosion de l espèce la moins noble 21

22 II. FACTEURS ENGENDRANT LA CORROSION 1. La nature du métal 1.1 Le potentiel Alliages Corrosion de l élément le - noble obtention de l autre élément sous forme poreuse Dû à la différence de potentiel des deux matériaux Exemple du laiton (Cu-Zn): Corrosion du Zn Cu poreux Laiton 22 Laiton

23 II. FACTEURS ENGENDRANT LA CORROSION 1. La nature du métal 1.2 La structure Préparation de surfaces Peut générer des zones cathodiques et anodiques Exemple : décapage chimique Si le temps entre le décapage et le traitement de la surface important Formation d oxydes à la surface du métal et donc de produits de corrosion 23

24 II. FACTEURS ENGENDRANT LA CORROSION 1. La nature du métal 1.2 La structure Métallurgie ou traitement thermique (dont soudures) Exemple des aciers inoxydables austénitiques Refroidissement trop rapide du métal Formation d impuretés ou structure métallurgique variable entre le cœur du métal et sa surface Formation de carbures de chrome (impuretés) dû au traitement thermique 24 Hétérogénéité du métal Fragilisation en Chrome

25 II. FACTEURS ENGENDRANT LA CORROSION 1. La nature du métal 1.3 Cas particulier d associations des aciers: Acier noir (faiblement allié) acier galvanisé Acier galvanisé Acier noir Zinc Fer Acier galvanisé Acier noir L association de ces deux types d acier n engendre pas de corrosion 25

26 II. FACTEURS ENGENDRANT LA CORROSION 1. La nature du métal 1.3 Cas particulier d associations des aciers: Acier inoxydable au contact de l acier noir ou galvanisé Acier inox acier galvanisé ou acier noir Dépend des rapports de surface Acier inox < acier galvanisé ou acier noir Acier galvanisé ou acier noir Acier inox Acier galvanisé ou acier noir Acier inox Corrosion de l acier galvanisé ou de l acier noir 26 Pas de corrosion

27 II. FACTEURS ENGENDRANT LA CORROSION 2. L environnement Présence d espèces réductibles (chlorures, sulfates...); Présence de polluants (zones industrielles, zones marines...); Température; Présence d humidité variation de la concentration en O 2. 27

28 II. FACTEURS ENGENDRANT LA CORROSION 2. L environnement Création de zones cathodiques (+) et anodiques(-) à la surface du métal Corrosion des zones anodiques Accumulation de plusieurs facteurs liés à l environnement! la vitesse de corrosion Exemple des zones de marnage Eau salée (avec éclaboussures) Climat et variations de température Variations de concentration O2 Polluants (suivant les régions) 28 Corrosion très rapide

29 II. FACTEURS ENGENDRANT LA CORROSION 2. L environnement N F E N I S O N F E N I S O N F E N I S O Les catégories de corrosivité Les vitesses de corrosion de différents métaux suivant le milieu N F E N I S O N F E N I S O N F E N I S O G é n é rales e t s p é c i f i q u e s à l a c o r ro s i o n d e s m é t a u x S p é c i f i q u e à la p e i n t u r e 29

30 II. FACTEURS ENGENDRANT LA CORROSION Catégories de corrosivité Perte d épaisseur en µm Exemple d environnement Acier Zinc Extérieur Intérieur C1 Très faible 1,3 0,1 - Bureaux, écoles, hôtels C2 Faible 1,3 > x 25 0,1 > x 0,7 C3 Moyenne 25 > x 50 0,7 > x 2,1 Zones rurales, peu de pollution Zones côtières à faible salinité Entrepôts, salles de sport Industries alimentaires, humidité élevée mais air peu pollué C4 Elevée 50 > x 80 2,1 > x 4,2 Zones côtières à salinité modérée Usines chimiques, piscines C5 Très élevée C5-I (Industriel) C5-M (Marine) 80 > x 200 4,2 > x 8,4 80 > x 200 4,2 > x 8,4 Zones industrielles, atmosphère agressive, humidité élevée Zones côtières et maritimes à salinité élevée. Condensation permanente et pollution élevée Condensation permanente et pollution élevée Extrait de la NF EN ISO

31 II. FACTEURS ENGENDRANT LA CORROSION 3. La conception des pièces Géométrie du matériau Incidence sur le phénomène de corrosion Rétention d eau et de sels Variations de concentration en O 2 (zones confinées) Variations de l épaisseur du revêtement sur les arêtes 31

32 II. FACTEURS ENGENDRANT LA CORROSION 3. La conception des pièces Exemples: Poteau en acier Espacement Risque de corrosion Espacement comblé par un moyen approprié La peinture protectrice de l élément acier pénètre dans le béton (5 cm) Fondation en béton mauvais bon 32

33 II. FACTEURS ENGENDRANT LA CORROSION 3. La conception des pièces N F E N I S O N F E N I S O dispositions de conception des aciers à peindre dispositions de conception des aciers à galvaniser 33

34 II. FACTEURS ENGENDRANT LA CORROSION 3. La conception des pièces Exemples: mauvais = rétention bon Système de protection Acier protégé mauvais = arête vive mieux = arête moins vive bon 34

35 III. LES DIFFÉRENTS TYPES DE CORROSION

36 III. LES DIFFÉRENTS TYPES DE CORROSION 1. Uniforme 2. Par piqûres Uniforme Film d oxyde Par piqûres 3. Galvanique 4. Par aération différentielle 5. Intergranulaire 6. Corrosion sous tension 7. Sélective 8. Erosion corrosion 36 Cu Zn Galvanique Intergranulaire Cuivre poreux laiton Sélective Par aération différentielle Contrainte Sous tension Fluide Erosion

37 III. LES DIFFÉRENTS TYPES DE CORROSION 1. La corrosion uniforme Perte d épaisseur de métal constante sur toute la surface 2. Par piqûres Très Fréquente Perte de métal pénétrante, non uniforme et localisée Risques de perforations Souvent non visible en surface Fréquente, et peut être due à des produits ou vapeurs chimiques par exemple. 37

38 III. LES DIFFÉRENTS TYPES DE CORROSION 3. Galvanique Deux métaux avec des potentiels différents en contact Corrosion du métal le noble Très fréquente Acier Zn 4. Par aération différentielle Concentration en O 2 non uniforme sur toute la surface du métal Corrosion dite «caverneuse» Très fréquente, notamment au droit des assemblages 38

39 III. LES DIFFÉRENTS TYPES DE CORROSION 5. Intergranulaire Métal formé de grains (cristaux) Entre ces grains joints de grain Corrosion au niveau des joints de grain Fréquente, surtout pour les parties soudées 6. Corrosion sous tension/corrosion fatigue Cumul de plusieurs phénomènes: Tension mécanique ou contrainte Présence d un milieu corrosif Fréquente, plutôt sur les ouvrages d art 39 Contrainte dynamique Contrainte statique

40 III. LES DIFFÉRENTS TYPES DE CORROSION 7. Sélective Corrosion spécifique aux alliages Corrosion d un élément Résidus poreux pour le reste des éléments Beaucoup plus rare 8. Erosion corrosion Cumul de plusieurs phénomènes: Présence d un fluide en mouvement contenant des particules solides Présence d un milieu corrosif 40 Cuivre poreux laiton Fluide Chocs et martèlements Fréquente pour des structures présentes en milieu marin

41 IV. PROTECTIONS POSSIBLES

42 IV. PROTECTIONS POSSIBLES Revêtements Métallique : le Zinc Organique : la peinture Systèmes duplex Protection cathodique Principe En renforcement d un système de peinture Inhibiteurs et autres protections 42

43 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 1. 1 Revêtement métallique: le zinc Intérêts et inconvénients: Matériau passivable Intérêts Pas de contact direct entre le milieu extérieur et l acier Moins noble que l acier (Fer + carbone) Réelle protection contre les risque de corrosion de l acier Perte d épaisseur annuelle très faible même dans des milieux corrosifs 43

44 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 1. 1 Revêtements métalliques: le zinc Intérêts et inconvénients: Inconvénients Dépendent du procédé utilisé Exemples: Couches non homogènes (électrozingage, galvanisation à chaud sur produits finis et métallisation) Problèmes de compatibilité avec certains aciers (galvanisation à chaud sur produits finis) 44 Complexité pour revêtir certaines pièces à cause de leur conception (galvanisation à chaud, électrozingage) Épaisseurs de revêtement pas assez importantes (galvanisation à chaud en continu, électrozingage)

45 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 1. 1 Revêtement métallique: le zinc Méthodes Galvanisation à chaud Bain de zinc en fusion dans lequel le matériau est plongé N F E N I S O Au trempé En continu Produit déjà mis en forme que l on veut galvaniser par la suite. N F E N I S O La galvanisation et la mise en forme se font sur la même ligne de production N F E N N F E N N F E N Galvanisation à froid Peinture riche en zinc 45

46 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 1. 1 Revêtement métallique: le zinc Méthodes Shérardisation Pièce à revêtir et la poudre de zinc chauffées, dans un conteneur Diffusion homogène du zinc grâce aux hautes température atteintes lors du chauffage pr E N Métallisation Matériau recouvert par projection thermique de zinc N F E N I S O

47 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 1. 1 Revêtement métallique: le zinc Méthodes Matériau plongé dans un bain contenant des ions Zn Électro-zingage (ou zingage) Dépôt électrolytique de Zn à la surface du matériau à l aide d un courant électrique N F E N I S O N F E N N F E N

48 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 1.2 Revêtement organique: la peinture Composition: Pigment Composés volatils Liant Additif Poudre créant la couleur de la peinture Solvant et diluant (fluidification) de la peinture Permet l adhérence de la peinture sur la surface et la cohésion de la peinture ou les propriétés de la peinture (opacité ) 48

49 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 1.2 Revêtement organique: la peinture Choix d un système de peinture Trois critères a. b. La catégorie de corrosivité en fonction de l environnement N F E N I S O Un système de peinture adapté au milieu et au subjectile (surface) en se fondant sur sa méthode d application N F E N I S O et c. Une préparation de surface nécessaire à la bonne application du système N F E N I S O

50 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 1.2 Revêtement organique: la peinture Choix d un système de peinture a. Catégorie de corrosivité NF EN ISO Catégories de Exemple d environnement corrosivité Extérieur Intérieur C1 Très faible - Bureaux, écoles, hôtels C2 Faible Zones rurales, peu de pollution Entrepôts, salles de sport C3 Moyenne Zones côtières à faible salinité Industries alimentaires, humidité élevée mais air peu pollué C4 Elevée Zones côtières à salinité modérée Usines chimiques, piscines C5 Très élevée C5-I (Industriel) C5-M (Marine) Zones industrielles, atmosphère agressive, humidité élevée Zones côtières et maritimes à salinité élevée. 50 Condensation permanente et pollution élevée Condensation permanente et pollution élevée

51 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 1.2 Revêtement organique: la peinture Choix d un système de peinture b. Système de peinture NF EN ISO Le système de peinture dépend De la durabilité souhaitée ( ans) Du subjectile à peindre (surface galvanisée ou non, type d acier ) Des conditions de réalisation de la peinture (atelier, sur site, les deux.) 51

52 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 1.2 Revêtement organique: la peinture Choix d un système de peinture b. Système de peinture NF EN ISO Caractéristiques du système obtenu Nature, nombre, épaisseur des couches à appliquer Préparation de surface du subjectile + Application du système 52

53 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 1.2 Revêtements organiques: la peinture Choix d un système de peinture c. Garantie et durabilité du système NF EN I S O = pas de garantie pour la peinture, indique simplement une durabilité Notion de garantie Notion d assurance et de responsabilité spécifique à chaque pays Garantir et certifier un système de peinture, contacter: Pays France Norvège. Organisme ACQPA OHGPI FROSIO 53

54 IV. PROTECTIONS POSSIBLES Exemple de grille pour le choix d un système de peinture sur un subjectile galvanisé à chaud (extrait NF EN ISO ) Pour un système C4 avec une durabilité moyenne, les systèmes possibles sont A7.03 et A

55 IV. PROTECTIONS POSSIBLES Exemples de systèmes de peinture proposés par l ACQPA pour un subjectile en acier galvanisé, pour un ouvrage neuf en milieu C4 55

56 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 1.2 Revêtement organique: la peinture Choix d un système de peinture c. Garantie et durabilité du système Durabilité souhaitée et degré d enrouillement maximal (N F E N I S O ) Fixés par le client dans le cahier des clauses techniques particulières Degré d enrouillement (international) Ri 0 Ri 1 Ri 2 Ri 3 Ri 4 Ri 5 Degré d enrouillement (européen) Re 0 Re 1 Re 2 Re 3 Re 5 Re 7 56 Aire enrouillée (%) à 50

57 IV. PROTECTIONS POSSIBLES Exemple: Durabilité de 7 ans avec enrouillement Ri 3 (ISO) ou Re 3 (échelle européenne): Au bout de 7 ans enrouillement doit être 1% Degré d enrouillement (international) Ri 0 Ri 1 Ri 2 Ri 3 Ri 4 Ri 5 Degré d enrouillement (européen) Re 0 Re 1 Re 2 Re 3 Re 5 Re 7 Aire enrouillée (%) à 50 57

58 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 1.2 Revêtement organique: la peinture Méthodes d application a. Préparation de surface : Obtenir une certaine rugosité et propreté pour le subjectile Nécessité Elimination des contaminants (rouille, ancien revêtements, huile et graisses ) Obtention d une adhérence optimale et une durée de vie maximale 58

59 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 1.2 Revêtement organique: la peinture Méthodes d application a. Préparation de surface : Paramètres importants N F E N I S O Subjectile à préparer: en acier non revêtu, ou revêtu d un métal, d'un primaire de préfabrication (Cas d une peinture existante, rénovation: possibilité ou non de conserver les couches) Peinture à appliquer (degré de préparation de surface nécessaire et méthode d application) Les conditions dans lesquels sont réalisées le décapage (en atelier, sur site) 59

60 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 1.2 Revêtement organique: la peinture Méthodes d application a. Préparation de surface : Méthodes existantes Nettoyage mécanique (décapage par projection, sablage, nettoyage à la main ) Nettoyage à l'eau ou avec des solvants et nettoyage chimique (décapage à l acide, à l eau ) Nettoyage à la flamme 60

61 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 1.2 Revêtement organique: la peinture Méthodes d application a. Préparation de surface : Degré de préparation Préparation primaire (totale) Préparation secondaire (partielle) Obtention d un acier nu sans aucun revêtement N F E N I S O N F E N I S O Conservation des parties saines des revêtements peints ou métalliques N F E N I S O N F E N I S O

62 PROTECTIONS POSSIBLES 1.2 Revêtement organique: la peinture Méthodes d application a. Préparation de surface : Méthode utilisée Degré de préparation préparation primaire préparation secondaire décapage par projection Sa P Sa nettoyage à la main ou à la machine St P St nettoyage à la flamme Fl - décapage à l acide Be - meulage localisé mécanique abrasif - P Ma 62

63 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 1.2 Revêtement organique: la peinture Méthodes d application b. Application du système NF EN ISO Applications à la brosse au pistolet (par projection) au rouleau au trempé par aspersion! Ces méthodes d application doivent être compatibles avec le système de peinture choisi. 63

64 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 1.3 Revêtement : les systèmes duplex Association d un revêtement au zinc et d un système de peinture Intérêts Caractéristiques du zinc + Caractéristiques de la peinture résistance augmentée durée de vie totale du revêtement > 2.1 x Durée de vie du zinc + Durée de vie du système de peinture N F E N I S O N F E N

65 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 2. Protection cathodique 2.1 Principe: Structure métallique à protéger (cathode) Connectés électriquement un autre métal qui va se corroder (anode) on agit sur les valeurs de potentiel de chaque matériau! Nécessité d être dans un électrolyte (terre ou eau) Deux types de protection cathodique anodes sacrificielles courant imposé N F E N N F E N N F E N N F E N A A A

66 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 2. Protection cathodique 2.1 Principe: Par anodes sacrificielles cathode anode Mesures des potentiels réalisées via un coffret relié électriquement à l anode et à la structure! Pas de réajustement possible Pas de générateur de courant ni de redresseur Penser à renouveler les anodes quand celles-ci sont usées 66

67 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 2. Protection cathodique 2.1 Principe: Redresseur de courant Par courant imposé Contrôle + réajustement des potentiels par un redresseur de courant (valeurs d intensité et de courant) Structure à protéger cathode anodes Backfill (poussier de coke, mélange conducteur) 67 On impose un courant afin d obtenir les potentiels souhaités

68 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 2. Protection cathodique 2.1 Principe: Anodes sacrificielles Anodes de zinc, aluminium, magnésium ou en alliage Anodes en courant imposé Anodes consommables (acier et produits ferreux) Anodes peu consommables (graphite et ferro-silicium) Anodes très peu consommables (titane platiné)! NE JAMAIS LES PEINDRE 68

69 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 2. Protection cathodique 2.2 En renforcement d un système de peinture Possibilité d associer un acier peint à la protection cathodique Intérêts Meilleure durabilité Protège le matériau en cas de défaut de revêtement Moins de besoin en courant Inconvénients Risques de décollement du revêtement de peinture Problème de compatibilité avec certaines peintures NF E N A S T M G 8 - p r E N p r E69 N

70 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 3. Inhibiteurs et autres protections 3.1 Inhibiteurs Composés chimiques qui ralentissent ou stoppent la corrosion Recouvre la surface du métal Effet «barrière» entre le métal et le milieu Renforcement de la protection existante Exemple En peinture = additifs 70

71 IV. PROTECTIONS POSSIBLES 3. Inhibiteurs et autres protections 3.2 Autres protections: Substituer un matériau : choix de matériaux plus nobles que l acier tels que l inox Supprimer le contact physique : Possibilité de mettre des résines ou des rondelles isolantes, mettre des cache-boulons, 71

72 CONCLUSION

73 CONCLUSION La corrosion est caractérisée par un mécanisme plus ou moins rapide, qui dépend majoritairement du milieu environnant, du métal lui-même (de sa composition chimique, de son, potentiel électrochimique) et de la conception des pièces (association de métaux, formes et revêtements choisis). Elle peut présenter diverses formes: piqûres, corrosion intergranulaire, sélective, uniforme et peut être plus ou moins destructrice suivant la vitesse à laquelle elle se développe. 73

74 CONCLUSION Pour lutter efficacement contre ce phénomène, il existe diverses méthodes à adapter aux conditions d exploitation du matériau : revêtements, protection cathodique, systèmes duplex... Une conception et un système de protection adéquats et adaptés au milieu sont des critères essentiels afin d assurer la bonne pérennité de la structure. Il est donc primordial que ceux-ci aient été bien conçus dès la phase d étude pour pouvoir limiter tout risque de corrosion supplémentaire. 74