La corrosion : causes, effets et techniques de prévention

Qu'est-ce que la corrosion ?

La corrosion est un processus naturel où un métal affiné se convertit naturellement en une forme plus stable comme son oxyde, hydroxyde, ou sulfure, entraînant la détérioration du matériau. C'est la destruction graduelle de matériaux (généralement un métal) par réactions chimiques et/ou électrochimiques avec leur environnement.

La capacité des processus électrochimiques à décomposer des composés en éléments ou créer de nouveaux composés peut être destructrice aussi bien que productive. La corrosion est un résultat trop courant de réactions électrochimiques entre matériaux et substances dans leur environnement.

La corrosion est un problème dangereux et extrêmement coûteux. À cause d'elle, bâtiments et ponts peuvent s'effondrer, pipelines pétroliers se rompre, usines chimiques fuir, salles de bain inonder. Contacts électriques corrodés peuvent causer incendies, implants médicaux corrodés peuvent mener à empoisonnement du sang, pollution de l'air cause des dommages par corrosion aux œuvres d'art mondialement. La corrosion menace l'élimination sûre des déchets radioactifs devant être stockés en conteneurs pour des dizaines de milliers d'années.

Les types de corrosion les plus courants résultent de réactions électrochimiques. La corrosion générale se produit quand la plupart ou tous les atomes sur la même surface métallique sont oxydés, endommageant toute la surface. La plupart des métaux s'oxydent facilement : ils tendent à perdre des électrons vers l'oxygène (et autres substances) dans l'air ou l'eau. Comme l'oxygène est réduit (gagne des électrons), il forme un oxyde avec le métal.

Quand réduction et oxydation se produisent sur différents métaux en contact, le processus s'appelle corrosion galvanique. En corrosion électrolytique, courante dans équipements électroniques, l'eau ou autre humidité se coince entre deux contacts électriques avec une tension appliquée entre eux. Résultat : une cellule électrolytique non intentionnelle.

Prenez une structure métallique comme la Statue de la Liberté. Elle semble solide et permanente. Comme presque tous objets métalliques, elle peut devenir instable en réagissant avec substances dans son environnement et se détériorer.

Chimie de la corrosion

La chimie de la corrosion est complexe ; on peut la considérer comme un phénomène électrochimique. Durant la corrosion à un point particulier sur la surface d'un objet en fer, l'oxydation a lieu et ce point se comporte comme une anode.

Les électrons libérés à cet endroit anodique traversent le métal et vont à un autre point sur le métal pour réduire l'oxygène en présence de H+ (censé provenir de H2CO3 formé par dissolution du dioxyde de carbone de l'air dans l'eau en air humide).

Les ions hydrogène dans l'eau peuvent aussi provenir de la dissolution d'autres oxydes acides de l'atmosphère. Ce point se comporte comme une cathode.

Causes de la corrosion

Le métal corrode quand il réagit avec une autre substance : oxygène, hydrogène, courant électrique, ou même saleté et bactéries. La corrosion peut aussi survenir quand des métaux comme l'acier sont sous trop de contrainte, causant des fissures.

Quelques causes principales et populaires :

• Trop d'humidité ou condensation de vapeur d'eau sur surfaces métalliques sont les causes primaires.
• Gaz corrosifs : chlore, oxydes d'hydrogène, ammoniaque, oxydes de soufre, etc., peuvent corroder pièces d'équipements électroniques. La corrosion peut aussi survenir par exposition à l'hydrogène et l'oxygène.
• Corrosion dans l'acier sous trop de contrainte, développant une fissure.
• Métaux exposés à des courants électriques longtemps peuvent subir corrosion électronique.
• Exposition à la saleté et bactéries peut causer corrosion.

Corrosion du fer

La corrosion du fer est la destruction d'un matériau métallique contenant l'élément fer (Fe) due à réactions chimiques avec l'oxygène (O2) et l'eau dans l'environnement, créant un oxyde de fer rouge communément appelé rouille. La rouille affecte aussi les alliages de fer comme l'acier.

La rouille du fer peut aussi survenir quand le fer réagit avec le chlorure en environnement sans oxygène, tandis que la rouille verte, un autre type de corrosion, peut se former directement à partir de fer métallique ou hydroxyde de fer.

La corrosion du fer est généralement caractérisée par la formation de rouille due à un processus électrochimique en présence d'eau, oxygène, et solution électrolytique saline. Donc, l'élimination d'une ou toutes ces sources réactives peut réduire le taux de corrosion.

Quand le fer réagit avec l'eau et l'oxygène, l'hydroxyde de fer(II) se forme. Ce dernier réagit ensuite avec l'oxygène et l'eau pour former l'oxyde de fer(III) hydraté – connu comme rouille.

Types de corrosion

Il existe de nombreux types de corrosion visibles à l'œil nu :

• Corrosion uniforme
• Corrosion localisée
• Corrosion galvanique
• Fissuration environnementale
• Corrosion assistée par écoulement et intergranulaire
• Corrosion de fretting
• Corrosion à haute température
• Corrosion du sol

Voici les types les plus courants, expliquons le mécanisme de chacun.

1. CORROSION UNIFORME

La corrosion uniforme est la variante la plus courante. Elle se produit naturellement quand l'acier au carbone se détériore par réaction chimique ou électrochimique avec l'environnement, détériorant toute la surface « uniformément ». C'est le type le plus répandu, mais prévisible et gérable par mesures préventives appropriées.

2. CORROSION LOCALISÉE

La corrosion localisée a plusieurs variantes : piqûres, corrosion de crevasse, corrosion filiforme.

Corrosion par piqûres

La corrosion par piqûres, ou piqûres, est une forme localisée sur surfaces métalliques. Elle se manifeste par de petites cavités ou trous de petit diamètre sur la surface, le reste de la surface métallique restant intact. Cette forme est hautement pénétrante et considérée comme l'un des types les plus dangereux car difficile à prévoir et tendance à causer des défaillances soudaines et extrêmes.

Les piqûres proviennent généralement de zones où le film passif protecteur présente des incohérences. Ces incohérences peuvent être dues à dommages du film, mauvaise application de revêtement, ou dépôts étrangers sur la surface.

Les zones où la passivité est réduite ou perdue deviennent l'anode tandis que les régions environnantes agissent comme cathode. En présence d'humidité, l'anode et la cathode forment une cellule de corrosion où l'anode (zones non protégées par le film passif) corrode. Comme la corrosion est confinée à une zone localisée, les piqûres tendent à pénétrer l'épaisseur du matériau.

Corrosion de crevasse

La corrosion de crevasse est un type hautement pénétrant de corrosion localisée se produisant dans ou directement adjacent à des interstices ou crevasses sur la surface d'un métal. Ces crevasses peuvent résulter d'une jonction entre deux surfaces (métal-métal ou métal-non-métal), ou d'une accumulation de dépôts (saleté, boue, biofouling, etc.).

Ce type se caractérise par une détérioration dans la zone de la crevasse tandis que les zones environnantes du substrat métallique restent inchangées. Un critère principal pour le développement de la corrosion de crevasse est la présence d'eau stagnante dans la crevasse. Ce manque de mouvement fluide cause l'appauvrissement en oxygène dissous et une abondance d'ions positifs dans la crevasse.

Cela mène à une série de réactions électrochimiques altérant la composition du fluide et le rendant acide. Le liquide acide dans la crevasse dégrade la couche passive du métal et le rend vulnérable à l'attaque corrosive.

Corrosion filiforme

Cette corrosion se produit sous des surfaces peintes ou revêtues. Défauts dans la peinture ou le revêtement permettent l'intrusion d'eau, causant la corrosion sous la couche protectrice, résultant en une structure affaiblie.

3. CORROSION GALVANIQUE

La corrosion galvanique résulte d'un ensemble très spécifique de conditions. Elle ne se trouve que dans environnements avec métaux électrochimiquement dissemblables en contact électrique, exposés à un électrolyte. Cette corrosion se produit quand un couplage galvanique survient entre métaux anodiques et cathodiques. L'anode corrode plus vite par couplage, tandis que la cathode se détériore plus lentement.

4. FISSURATION ENVIRONNEMENTALE

Ce processus de corrosion se produit quand des conditions environnementales affectent négativement l'acier au carbone. Produits chimiques, contraintes, et températures peuvent créer conditions produisant : fissuration par corrosion sous contrainte (SCC), fatigue de corrosion, fragilisation par métal liquide, fissuration induite par hydrogène.

5. CORROSION ASSISTÉE PAR ÉCOULEMENT ET INTERGRANULAIRE

La corrosion assistée par écoulement se produit quand la couche d'oxyde protectrice se dissout avec le temps par l'écoulement de vent ou d'eau. Cette corrosion expose l'oxyde sur la surface du métal, exposant les couches suivantes à plus de corrosion.

La corrosion intergranulaire attaque les joints de grains du métal, souvent suite à des impuretés métalliques. Les impuretés sont fréquemment présentes en concentrations plus élevées près de ces joints de grains, les rendant plus sensibles à ce type de corrosion.

6. CORROSION DE FRETTING

Ce type de corrosion survient quand poids répété, vibration, ou usure causent piqûres et rainures sur la surface du métal. Cela se produit souvent dans pièces de machines en mouvement, ou surfaces subissant vibrations pendant le transport.

7. CORROSION À HAUTE TEMPÉRATURE

La corrosion à haute température peut survenir par oxydation, sulfuration, carburation, ou par carburants contenant du vanadium. Les sulfates peuvent former des composés corrosifs attaquant l'acier au carbone normalement résistant aux hautes températures et corrosion.

8. CORROSION DU SOL

La corrosion du sol survient quand l'acier au carbone est exposé à l'humidité et l'oxygène dans le sol environnant. Sols à forte teneur en humidité, forte conductivité électrique, forte acidité, et sels dissous élevés sont les plus corrosifs.

Comme l'acier au carbone représente environ 85 % de la production mondiale d'acier, il est nécessaire de connaître ce qui lui nuit. Efforts pour comprendre et gérer la corrosion de l'acier au carbone peuvent atténuer et apaiser les coûts élevés associés à cette préoccupation commune.

Effets de la corrosion

Effets de la corrosion : détérioration significative de monuments naturels et historiques, risque accru de défaillances catastrophiques d'équipements. La pollution de l'air cause la corrosion, qui empire mondialement.

Le coût annuel mondial de la corrosion métallique est estimé à plus de 2 000 milliards $, yet experts estiment que 25–30 % pourraient être prévenus avec une protection anticorrosion adéquate. Projets de construction mal planifiés mènent à structures corrodées devant être remplacées, gaspillant ressources naturelles et contredisant les préoccupations mondiales de durabilité. En plus, la corrosion mène à problèmes de sécurité, pertes de vies, coûts indirects supplémentaires, dommages à la réputation.

Effets directs de la corrosion peuvent inclure :

• Dommages à l'électronique d'avions commerciaux ou véhicules
• Dommages à disques durs et ordinateurs contrôlant processus complexes (centrales électriques, installations pétrochimiques, usines pâte/papier)
• Dommages aux salles serveurs et centres de données
• Dommages aux artefacts de musées
• Coûts de réparation ou remplacement d'équipements ménagers défaillants

Comment prévenir la corrosion

Plusieurs moyens rentables pour prévenir la corrosion :

• Utiliser métaux non-corrosifs, comme acier inoxydable ou aluminium.
• Garder la surface métallique propre et sèche.
• Utiliser agents dessiccants.
• Utiliser revêtement ou produit barrière : graisse, huile, peinture, revêtement fibre de carbone.
• Poser une couche de remblai, ex: calcaire, avec tuyauterie souterraine.
• Utiliser anode sacrificielle pour protection cathodique.

Vous pouvez prévenir la corrosion en sélectionnant le bon :

• Type de métal
• Revêtement protecteur
• Mesures environnementales
• Revêtements sacrificiels
• Inhibiteurs de corrosion
• Modification de conception

1. Type de métal

Une façon simple de prévenir la corrosion : utiliser un métal résistant comme aluminium ou acier inoxydable. Selon l'application, ces métaux réduisent le besoin de protection anticorrosion supplémentaire.

2. Revêtements protecteurs

L'application d'un revêtement de peinture est un moyen rentable de prévenir la corrosion. Les peintures agissent comme barrière pour empêcher le transfert de charges électrochimiques de la solution corrosive au métal dessous.

Autre possibilité : revêtement en poudre. Un poudre sèche est appliquée sur surface métallique propre. Le métal est chauffé, fusionnant la poudre en film lisse et continu. Différentes compositions de poudre : acrylique, polyester, époxy, nylon, uréthane.

3. Mesures environnementales

La corrosion est causée par réaction chimique entre le métal et gaz de l'environnement. En contrôlant l'environnement, ces réactions indésirables sont minimisées.

Cela peut être simple : réduire exposition à la pluie ou eau de mer, ou complexe : contrôler quantités de soufre, chlore, oxygène dans l'environnement. Exemple : traiter l'eau des chaudières avec adoucisseurs pour ajuster dureté, alcalinité, teneur en oxygène.

4. Revêtements sacrificiels

Le revêtement sacrificiel enduit le métal d'un métal additionnel plus susceptible de s'oxyder ; d'où « sacrificiel ».

Deux techniques principales pour revêtement sacrificiel : protection cathodique et protection anodique.

Protection cathodique

L'exemple le plus courant : enduit d'acier allié fer avec zinc, processus appelé galvanisation. Le zinc est plus actif que l'acier, et quand il commence à corroder, il s'oxyde ce qui inhibe la corrosion de l'acier.

Cette méthode est appelée protection cathodique car elle fonctionne en faisant de l'acier la cathode d'une cellule électrochimique. Utilisée pour pipelines acier (eau, carburant), réservoirs chauffe-eau, coques de navires, plateformes pétrolières offshore.

Protection anodique

La protection anodique enduit l'acier allié fer d'un métal moins actif, comme l'étain. L'étain ne corrode pas, donc l'acier est protégé tant que le revêtement d'étain tient. Cette méthode est appelée protection anodique car elle fait de l'acier l'anode d'une cellule électrochimique.

Souvent appliquée aux réservoirs de stockage en acier au carbone pour acide sulfurique et soude caustique 50 %. Dans ces environnements, la protection cathodique n'est pas adaptée à cause des besoins de courant extrêmement élevés.

Inhibiteurs de corrosion

Les inhibiteurs de corrosion sont des chimiques réagissant avec la surface du métal ou les gaz environnants pour supprimer les réactions électrochimiques menant à la corrosion. Ils fonctionnent en étant appliqués sur la surface du métal où ils forment un film protecteur. Les inhibiteurs peuvent être appliqués en solution ou comme revêtement protecteur par techniques de dispersion. Communément appliqués par passivation.

Passivation

En passivation, une fine couche de matériau protecteur, comme un oxyde métallique, crée une couche protectrice sur le métal agissant comme barrière contre la corrosion. La formation de cette couche est affectée par pH environnemental, température, composition chimique environnante.

Exemple notable : Statue de la Liberté, où une patine bleu-vert s'est formée protégeant le cuivre dessous. Inhibiteurs de corrosion utilisés en raffinage pétrolier, production chimique, traitement d'eau.

Modification de conception

Des modifications de conception peuvent réduire la corrosion et améliorer la durabilité des revêtements anticorrosion existants. Idéalement, les conceptions évitent de piéger poussière et eau, encouragent circulation d'air, évitent crevasses ouvertes. Assurer l'accessibilité du métal pour maintenance régulière augmente la longévité.

FAQ

Qu'est-ce que la corrosion, expliquez ?

La corrosion est la détérioration d'un matériau suite à son interaction avec son environnement, pouvant survenir à tout moment pendant le traitement pétrole/gaz. Bien que applicable à tout matériau, elle est généralement réservée aux alliages métalliques.

Qu'est-ce qui cause la corrosion ?

La corrosion générale se produit quand la plupart ou tous les atomes sur la même surface métallique sont oxydés, endommageant toute la surface. La plupart des métaux s'oxydent facilement : ils tendent à perdre des électrons vers l'oxygène (et autres substances) dans l'air ou l'eau. Comme l'oxygène est réduit (gagne électrons), il forme un oxyde avec le métal.

Quels sont les 3 types de corrosion ?

Types de corrosion et prévention :

• Corrosion uniforme. Attaque uniforme sur la surface, type le plus courant.
• Corrosion par piqûres.
• Corrosion de crevasse.
• Corrosion intergranulaire.
• Fissuration par corrosion sous contrainte (SCC).
• Corrosion galvanique.

La corrosion est-elle la rouille ?

La corrosion inclut la rouille. La rouille est un type de corrosion. La corrosion est le processus par lequel certains matériaux, métaux et non-métaux, se détériorent par oxydation. La rouille est l'oxydation du fer en présence d'air et d'humidité.

Qu'est-ce que la corrosion en 10e ?

La destruction graduelle de métaux purs par l'action de l'air, l'humidité, ou un chimique (comme un acide) sur leur surface s'appelle corrosion. Quand un objet en fer est gardé dans l'air humide longtemps, une substance rouge-brun appelée rouille se forme. La corrosion du fer s'appelle « rouille ».

Comment la rouille se forme-t-elle ?

Quand substances acides (incluant l'eau) contactent métaux comme fer et/ou acier, la rouille commence. La rouille résulte de la corrosion de l'acier après que particules de fer (Fe) ont été exposées à l'oxygène et l'humidité (humidité, vapeur, immersion).

Quel est l'effet de la corrosion ?

Effets : détérioration significative de monuments naturels/historiques, risque accru de défaillances catastrophiques. Pollution de l'air cause corrosion, empire mondialement.

Quels sont les 6 principaux types de corrosion ?

Types de corrosion nécessitant examen pour identification précise :

• Corrosion par érosion. Fluide corrosif coule sur surface métallique.
• Corrosion intergranulaire.
• Corrosion de fretting.
• Corrosion par cavitation.
• Dé-alliage (lessivage sélectif).
• Corrosion par exfoliation.

Quels types de métaux corrodent ?

Techniquement, seul le fer et alliages contenant du fer peuvent rouiller. Autres métaux, y compris précieux (or, argent), peuvent corroder de façon similaire.

Quelle est la formule de la rouille ?

La rouille est de l'oxyde de fer hydraté, formule chimique Fe₂O₃.

L'or rouille-t-il ou corrode-t-il ?

Sous forme pure, l'or ne rouille ni ne ternit car il ne se combine pas facilement à l'oxygène. C'est pourquoi l'or pur reste brillant. Pour bijoux en or, il est rare de trouver de l'or pur.

L'aluminium corrode-t-il ?

La rouille est un type de corrosion (usure du métal), simplement : l'aluminium ne rouille pas, mais il corrode. Bien que termes souvent utilisés indifféremment, ils sont fondamentalement différents. Comme tout métal, au contact de l'oxygène, une couche d'oxyde se forme sur l'aluminium.

Pourquoi la rouille est-elle rouge ?

Quand le métal est exposé à gros volumes d'eau et d'oxygène, le fer s'oxyde avec un contaminant, créant la rouille « rouge ».

Comment la corrosion affecte-t-elle notre santé ?

Les substances corrosives peuvent détruire (ou au moins endommager) le métal. Mais pas seulement. Éventuellement, les corrosifs peuvent endommager non seulement le métal mais le tractus digestif, respiratoire, yeux, et peau humains.

Comment la corrosion affecte-t-elle l'environnement ?

En plus de nos rencontres quotidiennes avec cette dégradation, la corrosion cause arrêts d'usines, gaspillage ressources, perte/contamination produits, réduction efficacité, maintenance coûteuse, surdimensionnement onéreux. Peut aussi compromettre sécurité et freiner progrès technologique.

Quels problèmes la rouille peut-elle causer ?

• Pièces métalliques coincées quand elles devraient glisser.
• Pots d'échappement et carrosseries de voitures rouillées développent des trous.
• Affecte propriétés magnétiques d'un métal.
• Le fer est bon conducteur d'électricité.

La corrosion peut-elle se produire sans oxygène ?

La corrosion microbienne (MIC) est causée par microorganismes. S'applique aux matériaux métalliques et non-métalliques avec ou sans oxygène. Sans oxygène, bactéries réductrices de sulfate sont actives et produisent sulfure d'hydrogène causant fissuration par contrainte sulfureuse.

Quels métaux corrodent le plus vite ?

Zinc et acier ordinaire ont corrodé le plus vite dans toutes solutions. Surprenant, l'aluminium, plus haut dans la série de réactivité que le zinc, a montré peu de corrosion.

Quels sont les 8 types de corrosion ?

Il existe de nombreux types visibles à l'œil nu : corrosion uniforme, piqûres, crevasse, filiforme, galvanique, fissuration environnementale, fretting, pour n'en nommer que quelques-uns. Voyons comment ils surviennent et endommagent l'acier au carbone.

La rouille est-elle ferrique ou ferreuse ?

La rouille désigne les oxydes de fer rouges produits quand métaux ferreux corrodent. Nom commun des chimiques résultant de la réaction fer + oxygène + eau.

Qu'est-ce qui peut corroder le platine ?

Le métal ne s'oxyde pas dans l'air à aucune température mais est corrodé par halogènes, cyanures, soufre, alcalis caustiques. Insoluble dans acides chlorhydrique et nitrique mais se dissout quand mélangés en eau régale, formant acide chloroplatique.

Quel métal ne rouille pas en extérieur ?

Pour ces applications, aluminium et acier inoxydable sont choix populaires. L'aluminium ne rouille pas, donc sûr en extérieur.

La rouille peut-elle empoisonner ?

La rouille combine fer et atomes d'oxygène. Ce composé, type d'oxyde de fer, n'est pas connu nocif pour humains par contact cutané. Taches de rouille sur peau ne posent pas risque sanitaire.

L'acier peut-il rouiller sans oxygène ?

La rouille ne peut pas se produire sans eau et oxygène. L'eau aide le fer à réagir avec l'oxygène en brisant la molécule d'oxygène. Au début de la rouille, le fer perd des électrons, l'oxygène en gagne.

Quel est un exemple de corrosif ?

Acides et bases sont matériaux corrosifs courants. Corrosifs tels que ceux-ci sont aussi appelés caustiques. Exemples acides : acide chlorhydrique (muriatique) et sulfurique. Exemples basiques : hydroxyde de sodium et lessive.