corrosion

Dégradation d'un matériau sous l'action du milieu ambiant et par un processus autre que mécanique.

TECHNIQUE

La corrosion d'un matériau métallique est la perte en surface d'une partie de celui-ci, sous l'action d'un ou de plusieurs agents agressifs qui peuvent être : l'oxygène et/ou des constituants de l'air (H₂O [humidité], CO₂, SO₂, H₂S, brouillard salin, etc.), un gaz chaud (O₂, CO, CO₂, Cl₂, etc.), une solution aqueuse (saline, acide ou basique), un sel fondu.

Les dégâts directs et indirects causés par la corrosion sont très importants. Dans les pays industrialisés, le coût de la corrosion représente de 2 à 4 % du produit national brut (PNB). C'est la raison pour laquelle les études de corrosion et des moyens de protection contre ces phénomènes se sont beaucoup développées.

Origines et facteurs de la corrosion

L'origine de la corrosion est d'ordre électrochimique, chimique et/ou physique.

Le premier cas est le plus courant et le plus général. L'attaque du matériau métallique procède alors de la dissolution du métal aux sites anodiques, sous l'effet des microcourants se créant entre ceux-ci et des sites cathodiques (micropiles) ; ces sites résultent de l'hétérogénéité structurale du matériau.

La dégradation de certains matériaux métalliques prend parfois une autre forme : leur fragilisation par l'hydrogène. Cet élément, qui se forme en effet aux sites cathodiques lors du processus de corrosion, se diffuse dans le métal, se recombine et abaisse la résistance mécanique de celui-ci.

Dans un processus de corrosion électrochimique d'un métal M, il se produit au moins deux réactions simultanées à sa surface (réactions d’oxydoréduction) : à l'anode, une oxydation transforme le métal M en cation soluble libérant un ou plusieurs électrons ; à la cathode, une réduction des ions H⁺ capture les électrons libérés :
M → Mⁿ⁺ + n(e⁻) ; 2 H⁺ + 2e⁻ → H₂.

La corrosion peut s'arrêter dès que certaines conditions empêchent l'une de ces réactions de se produire. Du fait de ces réactions, le métal prend, dans l'électrolyte considéré, un potentiel de corrosion. Ce potentiel, comme la vitesse de corrosion, dépend de facteurs liés au métal (composition, structure de l'alliage, état de surface, contrainte interne ou externe), de facteurs liés au milieu (composition du milieu gazeux ou liquide) et de facteurs physiques (température, pression, vitesse d'écoulement de l'environnement).

La résistance élevée à la corrosion d'un matériau métallique peut être due à sa nature chimique intrinsèque (or, platine) ou à l'existence d'une couche superficielle mince d'un oxyde (de 20 à 30 Å d'épaisseur) extrêmement protecteur : c'est le cas du titane, de l'aluminium, et des aciers inoxydables Fe-Cr-Ni.

Mesure de la corrosion

Le couple galvanique

La réactivité des métaux à la corrosion peut être qualitativement estimée en considérant l'échelle des potentiels de corrosion E_cor (ou de dissolution) des métaux et alliages mesurés, par exemple, dans une solution de NaCl à 3,5 % (concentration moyenne de l'eau de mer).

Quand on met en contact deux métaux A et B, et qu'on les immerge dans la solution précédente, on forme un « couple galvanique A/B ».

Le potentiel de corrosion

Le métal le plus électronégatif du couple subit une corrosion galvanique, l'autre est au contraire protégé. Connaissant le potentiel de corrosion des deux métaux impliqués, il est possible de prévoir et d'apprécier l'importance de la corrosion galvanique d'un couple A/B, laquelle augmente avec l'écart entre les potentiels E_cor de ces deux éléments. Dans la pratique, on peut éviter cette corrosion, ou tout au moins l'atténuer, en évitant de connecter ou de souder deux métaux dont les potentiels E_cor sont trop éloignés l'un de l'autre. Le potentiel E_cor d'un métal peut varier en fonction du milieu (H₂SO₄, Na₂CO₃, KNO₃, K₂CrO₄, etc.).

Il est également possible d'apprécier directement la « vitesse de corrosion » d'un métal par une mesure de la perte de poids avant et après l'essai. Cette vitesse s'exprime en masse (de métal perdu) par unité de surface et par unité de temps, par exemple en g/cm2/j, ou en épaisseur par unité de temps (mm/an).

Les moyens de protection contre la corrosion des métaux

La protection contre la corrosion des métaux comporte plusieurs démarches auxquelles on a recours séparément ou conjointement. Les principes généraux sont les suivants :
– choisir le matériau métallique le plus adapté et résistant dans le milieu considéré ;
– isoler la surface métallique du milieu corrosif par l'application d'un revêtement protecteur (métallique ou organique : peinture, matière plastique) ou par une modification de la surface du matériau (phosphatation, chromatation, oxydation) ;
– agir sur le milieu par l'utilisation d'inhibiteurs de corrosion (organiques ou minéraux) ;
– utiliser des méthodes électriques consistant à imposer un petit courant (anodique ou cathodique, selon le cas) au système, ce qui empêche ou atténue considérablement la vitesse de corrosion du métal. Dans la protection anodique, le courant crée un film d'oxyde superficiel et rend passif le métal à protéger. Dans la protection cathodique, on utilise un générateur – ou des anodes solubles, dites sacrificielles, à base de zinc, magnésium et aluminium – pour porter le métal (à protéger) à un potentiel où la réaction de dissolution ne se produit pas.