Corrosion - Définition

Approche de la protection contre la corrosion

La corrosion est donc un phénomène qui dépend du matériau utilisé, de la conception de la pièce (forme, traitement, assemblage) et de l'environnement. Le processus de corrosion peut également être ralenti en agissant sur la réaction chimique en elle-même.

on parle d’immunité lorsque le métal est stable en présence du milieu corrodant.

Exemple de formule de corrosion

Cette formule correspond par exemple à la réaction de corrosion des canalisations métalliques d'eau potable par le dichlore gazeux servant initialement à détruire les microorganismes. Il ne faut pas faire l'amalgame avec l'effet des ions chlorures de l'eau de mer sur la vitesse de corrosion (cf. article passivation).

L’atmosphère contient des acides HNO₃, H₂SO₄, etc., résidus de combustion. Ces acides attaquent les métaux :

Ces phénomènes sont à la base de la corrosion atmosphérique qui n'a d'ailleurs pas lieu en absence d'humidité dans l'air.

L’oxygène de l’air, en présence d’eau, oxyde le fer et peut former divers oxydes. Selon les conditions chimiques, il forme divers oxydes ou hydroxydes qui peuvent être soit non-protecteurs, soit modérément protecteurs. Par exemple Fe(OH)₃, n H₂O : la rouille, cet hydroxyde est poreux et ne protège pas le fer. Mais en milieu réducteur (peu ou pas d'oxygène) neutre ou modérément basique, c'est l'eau qui oxyde le fer ; on peut alors obtenir la magnétite Fe₃O₄, qui elle est modérément protectrice. L’acier inoxydable, communément désigné par "acier inox", contient du chrome, au minimum 12 % poids : les oxydes qui se forment en surface de l’alliage (avec une forte proportion d'oxyde de chrome de type Cr₂O₃) gênent la progression de l’oxygène ou le transfert d'électrons nécessaire à l'oxydation, on parle alors de passivation. Le terme indique un net ralentissement de la vitesse de corrosion par rapport à la cinétique initiale de corrosion. Toutefois, la corrosion n'est pas annulée mais fortement ralentie, de quelques ordres de grandeur. L'effet protecteur du chrome croit en général avec sa teneur. Un minimum de 12 % est nécessaire, mais les aciers destinés à des environnement agressifs, par exemple en présence de chlorures ou vers les milieux acides, ont des teneurs plus élevées, jusqu'à 25 % par exemple. L'ajout de molybdène a aussi un effet passivant très élevé, plus même que celui du chrome (1% Mo ~ 2,5% Cr).

Choix du matériau

La première idée est de choisir un matériau qui ne se corrode pas dans l'environnement considéré. On peut utiliser des aciers inoxydables, des aluminiums, des céramiques, des polymères (plastiques)... Le choix doit aussi prendre en compte les contraintes de l'application (masse de la pièce, résistance à la déformation, à la chaleur, capacité à conduire l'électricité…). Dans l'absolu, il n'existe pas de matériau réellement inoxydable.

Le terme d'«acier inoxydable» est impropre pour deux raisons : ce type d'acier contient des éléments d'alliage (chrome, nickel) qui s'oxydent (c'est cette couche d'oxyde qui protège l'acier), et d'autre part, il n'est protégé que pour certains types d'environnement, et sera corrodé dans d'autres environnements.

Il existe de multiples nuances d'aciers dits «inoxydables» désignés par des noms tels que «304», «304L», «316N» etc., qui correspondent à la norme américaine AISI, appelés aussi sous la norme AFNOR respectivement Z6CN18-10, Z3CN18-10 Z6CN17-12Mo. Z indique la teneur en carbone (Z6 = 0.06 %) C le pourcentage en chrome et N en nickel. Le Z6CN17-12Mo contient du molybdène, il est plus passif que le Z6CN18-10. Chaque acier correspond à certains types d'environnements, son utilisation dans d'autres environnements pourraît être catastrophique.

Conception de la pièce

Dans la conception, il faut s'attacher à éviter les zones de confinement, les contacts entre matériaux différents et les hétérogénéités en général.

Il faut aussi prévoir l'importance de la corrosion, et le temps au bout duquel il faudra changer la pièce (maintenance préventive).

Maîtrise de l'environnement

Dans un environnement fermé (par exemple un circuit fermé d'eau), il devient possible de maîtriser les paramètres ayant une influence sur la corrosion : composition chimique (notamment acidité), température, pression... Il existe également des produits dits « inhibiteurs de corrosion ».

Ce type de solutions est inapplicable en milieu ouvert (atmosphère, mer, bassin en contact avec le milieu naturel, circuit ouvert).

Empêcher la réaction chimique

Il existe deux moyens d'empêcher la réaction chimique d'avoir lieu :

• On peut tout d'abord isoler la pièce de l'environnement (par une couche de peinture, de matière plastique, ou par un traitement de surface : nitruration, chromatation, projection plasma).

• Il est aussi possible d'introduire une autre pièce pour ralentir ou empêcher la réaction ; c'est le principe de la protection cathodique. Un premier moyen de la réaliser est d'utiliser une « anode sacrificielle ». Cette nouvelle pièce (souvent en zinc ou magnésium) abaisse en effet le potentiel électrochimique de la pièce protégée en dessous du potentiel ou il peut s'oxyder, et va se corroder à la place de la pièce à protéger. En milieu aqueux, il suffit de visser ou de mettre en contact l'anode sacrificielle sur la pièce à protéger. Si la pièce est de grande dimension, il faut cependant tenir compte d'une déperdition de protection liée à la chute ohmique. Celle-ci est provoquée par la résistance au passage du courant dans le milieu environnant, et elle augmente avec la distance du point de la pièce protégée au contact avec l'anode sacrificielle. Au-delà d'une certaine distance, qui dépend de la conductivité du milieu, la pièce n'est plus protégée. Il faut donc positionner les anodes à distance régulière de manière à ce que tout point se situe en dessous du potentiel ou le métal peut de corroder. C'est ce qui est réalisé sur les grandes structures, par exemple les plateformes pétrolières offshore. Ces anodes sacrificielles se consomment et ont donc une durée de vie limitée, et nécessitent un remplacement périodique. À l'air, il faut entièrement recouvrir la pièce de zinc, c'est le principe de la galvanisation. Un deuxième moyen de réaliser la protection cathodique est d'abaisser le potentiel du métal avec une source électrique externe, en imposant un potentiel ou un courant entre la pièce et une anode externe positionnée au regard de la surface, mais sans contact direct avec le métal. Dans ce cas, l'anode ne se consomme pas et n'a pas besoin d'être remplacée.

Dans l'industrie automobile, on protège le fer en créant un réaction chimique avec celui-ci. Le produit, imperméable, protègera le métal: c'est la parkérisation.

Le chromage a été complètement abandonné. En effet, le chrome en lui-même ne se corrodait pas, donc protégeait la pièce, mais la moindre rayure était catastrophique car la pièce jouait alors le rôle d'anode sacrificielle pour le chrome et se corrodait très rapidement. Les peintures anti-corrosion au plomb ont été également abandonnées en raison de leur impact sur l'environnement.