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GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) Partie 4e Les propriétés des matériaux LA CORROSION Des Matériaux Section 8.1 sauf 8.1.3.1.

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1 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) Partie 4e Les propriétés des matériaux LA CORROSION Des Matériaux Section 8.1 sauf 8.1.3.1 et 8.1.3.2 Sections 8.2, 8.3

2 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) * Quelques chiffres... - aux USA, ½ tonne dacier est détruit à chaque heure par la corrosion - dans les pays industrialisés, le coût de la corrosion sélève à environ 4% du P.N.B. * La dégradation dépend... - du type de matériau - de lenvironnement dans lequel se trouve ce matériau Dégradation des métaux (corrosion)

3 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) Exemples de corrosion des barres darmature métalliques dans le cas de ponts. La corrosion est grandement accélérée par lutilisation de sels de déglaçage

4 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) RAPPEL Réaction doxydo-réduction oxydation:M M n+ + néanode réduction: M n+ + né Mcathode

5 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) Potentiel électrochimique * Exemple plonger deux métaux (Cu et Fe) dans une solution acide mesure dune différence de potentiel électrolyte électrodes E ddp doù vient-elle ?

6 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) Potentiel électrochimique * Dissolution - dans le métal excès de charges - - dans lélectrolyte excès de charges +

7 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) Potentiel électrochimique * Dissolution Potentiel entre le métal et lélectrolyte loi de Nerst ++++++++++ ---------- { double couche une accumulation de charges créent une tension Vidéo 8.3

8 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) Potentiel électrochimique * Potentiel déquilibre - donne la tendance de dissolution dun métal - mesuré p/r à une électrode de référence (H) tendance à passer en solution - + métaux nobles métaux actifs

9 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) Potentiel standards * Exemple dun système composé de deux électrodes

10 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) Potentiel standards * En résumé Chaque métal a une tendance à la dissolution qui lui est propre; Pour deux métaux différents, celui qui aura la plus forte tendance à la dissolution sera lanode. AnodeCathode dissolutiondéposition oxydationréduction * Exemple 2 : Fe-Cu ??? 0,78 V anode cathode

11 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) Réactions électrochimiques * à lanode (perte dé-) - réaction simple : dissolution du métal * exemple : Fe Fe 2+ + 2e * à la cathode (gain dé-) - plusieurs cas sont possibles, selon le type délectrolyte nombre délectrons de valence Milieu acide Milieu neutre ou basique sans O 2 dissout avec O 2 dissout

12 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) Réactions électrochimiques à la cathode * Milieu acide (sans O 2 dissout) - dégagement dhydrogène gazeux - exemple : Fer dans HCl Le fer donne des électrons aux ions H + (transfert des é- du métal aux ions) Vidéo 8.1

13 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) Réactions électrochimiques à la cathode * Milieu acide (avec O 2 dissout) - exemple : Fer dans HCl (avec O 2 dissout) Le fer donne des électrons aux ions H + et à lO 2 (transfert des é- du métal aux ions) Vidéo 8.2

14 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) Réactions électrochimiques à la cathode * Milieu neutre ou basique (avec O 2 dissout) - exemple : la rouille (milieu neutre) Fe 2+ OH - é- Fer anode cathode hydroxyde ferreux (instable) hydroxyde ferrique (rouille) Vidéo 8.2b

15 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) Réactions électrochimiques (résumé) * à lanode (perte dé-) * à la cathode (gain dé-) Milieu acide Milieu neutre ou basique Dépôt métallique sans O 2 dissout avec O 2 dissout Solution avec ions métalliques Vidéo 8.2c

16 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) Cinétique de la corrosion * Vitesse de corrosion - ne dépend pas du potentiel entre les électrodes, mais plutôt du courant de corrosion * Courbe de polarisation - variations de potentiel aux électrodes * Passivation - couche passive qui protège le matériau. Cette couche peut disparaître (ex. changement de pH, attaque des Cl-, érosion, etc.. Vidéo 8.9a

17 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) Types de corrosion * Corrosion uniforme - diminution dépaisseur constante dans le temps (température donnée) - réactions électrochimiques - ex.: réservoirs, conduites, plaques, etc.

18 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) * Corrosion galvanique - deux métaux différents en contact entre eux - le métal le moins noble devient anodique - série galvanique : potentiel de dissolution dans leau de mer

19 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) La série galvanique montre la possibilité de corrosion entre deux métaux et non la cinétique (vitesse) de corrosion De plus, cette série nest valable que pour l eau de mer à 25°C... Ex: à des températures > 70°C, la réaction sinverse et, dans le couple fer-zinc, le fer devient lanode ! On peut toutefois utiliser la série galvanique dans la plupart des cas dans leau douce aux températures normales

20 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) EFFET DE SURFACE Une très grande cathode par rapport à une petite anode engendrera la corrosion très rapide de cette dernière... Ex. boulons en alliage daluminium dans une tôle dacier inoxydable....

21 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) * Corrosion galvanique (suite) - exemple : raccordement de tuyauterie joints détanchéité - exemple 2 : phases différentes dun même matériau Types de corrosion

22 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) Types de corrosion * Pile de concentration - variation du milieu environnant - ex.: pile à oxygène les surfaces à basse concentration en O 2 sont anodiques eau stagnante marée et variation dO 2 goutte deau Vidéo 8.26

23 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) * Corrosion par piqûre - attaque localisée : percement du métal - endroits : * défauts de surface * dépassivation (ex.: attaque des ions Cl - ) - attaque en profondeur, même si faible perte de masse --difficile à déceler métal Types de corrosion

24 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) ZONES AYANT SUBI DES DÉFORMATIONS PLASTIQUES IMPORTANTES Dans un même matériau, ces zones de déformation se comporteront comme des anodes... Ex. Barre pliée, matériaux écrouis localement, etc... Autres types de corrosion

25 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) ZONES DE GRADIENTS THERMIQUES D ans un même matériau, un gradient thermique peut favoriser la corrosion, la zone froide devenant lanode Autres types de corrosion

26 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) CORROSION PAR ÉROSION D ans un même matériau, la turbulence créée par lécoulement rapide dun liquide peut engendrer une corrosion localisée (action à la fois mécanique et électrochimique) Autres types de corrosion

27 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) Lutte contre la corrosion * Choix des matériaux - si possible, choisir des matériaux stables, pour éviter les micropiles - exemple béton armé : barres darmature en matériaux composites ($$$) * Conception - éviter les couples galvaniques isoler électriquement les métaux - éviter les interstices (corrosion caverneuse) - éviter les eaux stagnantes - éviter les changements brusques de section (corrosion par érosion) - rapport des surfaces des électrodes plus la cathode est grande p/r à lanode, plus lannode se corrode rapidement (ex.: boulons et rivets)

28 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) * Conception (suite) - exemples eaux stagnantes joint trop petit et changement brusque de direction Lutte contre la corrosion

29 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) * Action sur le milieu (a)diminution de la teneur en O 2 pour minimiser la réaction à la cathode (b) addition dinhibiteurs de corrosion - inhibiteurs cathodiques ralentir la réaction à la cathode - inhibiteurs anodiques (passivateurs) - film mince sur la pièce à protéger - élévation du potentiel de corrosion jusque dans le domaine de passivité Lutte contre la corrosion

30 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) * Revêtements - isoler le matériau de lélectrolyte - revêtement continu et adhérent à lasurface à protége - types de revêtement Lutte contre la corrosion

31 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) * Revêtements (suite) (a) revêtements métalliques - application dune couche de métal sur le matériau à protéger - la couche protectrice sera anodique ou cathodique 1- protection par revêtement anodique ex.:Zn sur acier (tôles galvanisées) le Zn sert danode et se dégrade à la place de lacier 2- protection par revêtement cathodique ex.:Cr sur acier (pare-chocs, robinets) le Cr sert de cathode et lacier se dégrade sil y a discontinuité de la couche protectrice 1 2 Lutte contre la corrosion

32 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) * Revêtements (suite) (b) revêtements non-métalliques - inorganique * émail * ciment et béton - organique * peintures * huiles, goudrons * graisses (c) revêtements chimiques - modifier chimiquement la surface des métaux * phosphatation * oxydation Lutte contre la corrosion

33 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) * Protection électrochimique (a) protection anodique - augmentation du potentiel de corrosion de façon à ce quil se situe dans la zone passive - uniquement les métaux passivables - énergie électrique nécessaire protection anodique protection cathodique Lutte contre la corrosion

34 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) Lutte contre la corrosion * Protection électrochimique (suite) (b) protection cathodique (le métal à protéger devient une cathode) 1- protection par anode sacrificielle -couplage du métal à protéger avec un moins noble -corrosion galvanique de lanode -dans le cas de lacier, on utilise des anodes de Zn ou de Mg - ex.:bateaux, canalisations,réservoirs deau on doit changer les anodes périodiquement anode sacrificielle (Mg) 2- protection par courant extérieur imposé -on impose un courant extérieur de façon à ce que le métal à protéger devienne une cathode -anode inerte (ex.: graphite) - ex.:réservoir sous terre on doit appliquer un courant permanent

35 GCI 116 - Matériaux de lingénieur 4.2.2 Dégradation (corrosion) Résistance à la corrosion Pour information... tiré de : Dieter Landolt Traité des matériaux 12. Corrosion et chimie de surfaces des métaux Presses Polytechniques et Universitaires Romandes 1993


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