4.2.2 Corrosion

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4.2.2 Dgradation (corrosion)

Partie 4e

Les proprits des matriauxGCI 116 - Matriaux de lingnieur

Des MatriauxSection 8.1 sauf 8.1.3.1 et 8.1.3.2 Sections 8.2, 8.3

LA CORROSION

4.2.2 Dgradation (corrosion)

Dgradation des mtaux (corrosion)

* Quelques chiffres...GCI 116 - Matriaux de lingnieur

- aux USA, tonne dacier est dtruit chaque heure par la corrosion - dans les pays industrialiss, le cot de la corrosion slve environ 4% du P.N.B.

* La dgradation dpend...- du type de matriau - de lenvironnement dans lequel se trouve ce matriau

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GCI 116 - Matriaux de lingnieur

Exemples de corrosion des barres darmature mtalliques dans le cas de ponts. La corrosion est grandement acclre par lutilisation de sels de dglaage

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RAPPEL Raction doxydo-rduction

GCI 116 - Matriaux de lingnieur

oxydation: M Mn+ + n rduction: Mn+ + n M

anode cathode

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Potentiel lectrochimique

* Exempleplonger deux mtaux (Cu et Fe) dans une solution acide mesure dune diffrence de potentielGCI 116 - Matriaux de lingnieur

E

ddp

lectrolyte lectrodes

do vient-elle ?

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Potentiel lectrochimique

* Dissolution- dans le mtal excs de charges - dans llectrolyte excs de charges +GCI 116 - Matriaux de lingnieur

4.2.2 Dgradation (corrosion)Vido 8.3

Potentiel lectrochimique

* Dissolutionune accumulation de charges crent une tensiondouble coucheO

GCI 116 - Matriaux de lingnieur

+++++ - - - - -

{n FE =f

Potentiel entre le mtal et llectrolyte R T loi de Nerst E = E + l n

a M n+

(T , [ M

n+

])

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Potentiel lectrochimique

* Potentiel dquilibre- donne la tendance de dissolution dun mtal - mesur p/r une lectrode de rfrence (H)tendance passer en solution

-

GCI 116 - Matriaux de lingnieur

+

mtaux actifs

mtaux nobles

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Potentiel standards

* Exemple dun systme compos de deux lectrodes

GCI 116 - Matriaux de lingnieur

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Potentiel standards

* En rsumChaque mtal a une tendance la dissolution qui lui est propre; Pour deux mtaux diffrents, celui qui aura la plus forte tendance la dissolution sera lanode.GCI 116 - Matriaux de lingnieur

Anodedissolution oxydation

Cathodedposition rduction

* Exemple 2 : Fe-Cu

??? 0,78 Vcathode

anode

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Ractions lectrochimiques

* lanode

(perte d-)nombre dlectrons de valence

- raction simple : dissolution du mtalM MGCI 116 - Matriaux de lingnieurn+

+e n

* exemple : Fe Fe2+ + 2e

* la cathode

(gain d-)

- plusieurs cas sont possibles, selon le type dlectrolyteMilieu acide Milieu neutre ou basique sans O2 dissout avec O2 dissout avec O2 dissout

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Ractions lectrochimiques la cathode

* Milieu acide

(sans O2 dissout)

- dgagement dhydrogne gazeux exemple : Fer dans HClLe fer donne des lectrons aux ions H+ (transfert des - du mtal aux ions)

-

GCI 116 - Matriaux de lingnieur

2 H + + 2e H2 ( gazeux )

Vido 8.1

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Ractions lectrochimiques la cathode

* Milieu acide

(avec O2 dissout)

- exemple : Fer dans HCl (avec O2 dissout)Le fer donne des lectrons aux ions H+ et lO2 (transfert des - du mtal aux ions)O2 + 4 H + + 4e 2 H2 O

GCI 116 - Matriaux de lingnieur

Vido 8.2

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Ractions lectrochimiques la cathode

* Milieu neutre ou basique

(avec O2 dissout)

O2 +2 H2 O +4e 4O H

- exemple : la rouille (milieu neutre)GCI 116 - Matriaux de lingnieur

hydroxyde ferreux (instable) hydroxyde ferrique (rouille)Fe2+

2 Fe + + 4OH 2 Fe( OH ) 22 Fe( OH) 2 + H O + 1 2 O 2 Fe( OH) 3 2 2

OHFeranode

cathode

-

Vido 8.2b

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Ractions lectrochimiques (rsum)

* lanode

(perte d-)

M M n + +nesans O2 dissout

* la cathodeGCI 116 - Matriaux de lingnieur

(gain d-)

Milieu acide

2 H + + 2e H2 ( gazeux )avec O2 dissout +

O2 +4 H +4e 2 H2 O

Milieu neutre ou basique Solution avec ions mtalliques Dpt mtallique

avec O2 dissout

O2 +2 H2 O +4e 4O HVido 8.2cM+

+ e M

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Cintique de la corrosion

* Vitesse de corrosion- ne dpend pas du potentiel entre les lectrodes, mais plutt du courant de corrosion Vcorrosion f ( E ) A icorr t m= Vcorrosion = f ( icorr ) nFGCI 116 - Matriaux de lingnieur

* Courbe de polarisation- variations de potentiel aux lectrodes

* Passivation- couche passive qui protge le matriau. Cette couche peut disparatre (ex. changement de pH, attaque des Cl-, rosion, etc.. Vido 8.9a

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Types de corrosion

* Corrosion uniforme- diminution dpaisseur constante dans le temps (temprature donne) - ractions lectrochimiques - ex.: rservoirs, conduites, plaques, etc.GCI 116 - Matriaux de lingnieur

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* Corrosion galvanique- deux mtaux diffrents en contact entre eux - le mtal le moins noble devient anodique - srie galvanique :

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potentiel de dissolution dans leau de mer

4.2.2 Dgradation (corrosion) La srie galvanique montre la possibilit de corrosion entre deux mtaux et non la cintique (vitesse) de corrosion

GCI 116 - Matriaux de lingnieur

De plus, cette srie nest valable que pour l eau de mer 25C... Ex: des tempratures > 70C, la raction sinverse et, dans le couple fer-zinc, le fer devient lanode !

On peut toutefois utiliser la srie galvanique dans la plupart des cas dans leau douce aux tempratures normales

4.2.2 Dgradation (corrosion)EFFET DE SURFACE Une trs grande cathode par rapport une petite anode engendrera la corrosion trs rapide de cette dernire... Ex. boulons en alliage daluminium dans une tle dacier inoxydable....GCI 116 - Matriaux de lingnieur

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Types de corrosion

* Corrosion galvanique (suite)- exemple : raccordement de tuyauterie

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joints dtanchit

- exemple 2 : phases diffrentes dun mme matriau

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Types de corrosion

* Pile de concentration- variation du milieu environnant - ex.: pile oxygne les surfaces basseconcentration en O2 sont anodiques

eau stagnante

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mare et variation dO2

goutte deau

Vido 8.26

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Types de corrosion

* Corrosion par piqre- attaque localise : percement du mtal - endroits : * dfauts de surface* dpassivation (ex.: attaque des ions Cl-)

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- attaque en profondeur, mme si faible perte de masse --difficile dceler

mtal

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Autres types de corrosionZONES AYANT SUBI DES DFORMATIONS PLASTIQUES IMPORTANTES

Dans un mme matriau, ces zones de dformation se comporteront comme des anodes...GCI 116 - Matriaux de lingnieur

Ex. Barre plie, matriaux crouis localement, etc...

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Autres types de corrosionZONES DE GRADIENTS THERMIQUES Dans un mme matriau, un gradient thermique peut favoriser la corrosion, la zone froide devenant lanode

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Autres types de corrosionCORROSION PAR ROSION Dans un mme matriau, la turbulence cre par lcoulement rapide dun liquide peut engendrer une corrosion localise (action la fois mcanique et lectrochimique)GCI 116 - Matriaux de lingnieur

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Lutte contre la corrosion

* Choix des matriaux- si possible, choisir des matriaux stables, pour viter lesmicropiles - exemple bton arm : barres darmature en matriaux composites ($$$)GCI 116 - Matriaux de lingnieur

* Conception- viter les couples galvaniques isoler lectriquement les mtaux - viter les interstices (corrosion caverneuse) - viter les eaux stagnantes - viter les changements brusques de section (corrosion par rosion) - rapport des surfaces des lectrodes plus la cathode est grande p/r lanode, plus lannode se corrode rapidement (ex.: boulons et rivets)

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Lutte contre la corrosion

* Conception

(suite)

- exemples

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joint trop petit et changement brusque de direction

eaux stagnantes

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Lutte contre la corrosion

* Action sur le milieu(a) diminution de la teneur en O2 pour minimiser la raction la cathode (b) addition dinhibiteurs de corrosionGCI 116 - Matriaux de lingnieur

- inhibiteurs anodiques (passivateurs) - film mince sur la pice protger - lvation du potentiel de corrosion jusque dans le domaine de passivit - inhibiteurs cathodiques ralentir la raction la cathode

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Lutte contre la corrosion

* Revtements- isoler le matriau de llectrolyte - revtement continu et adhrent la surface protge - types de revtementGCI 116 - Matriaux de lingnieur

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Lut