Corrosion

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Corrosion
La rouille ; exemple le plus familier de corrosion
Les antifoolings ne limitent que temporairement la corrosion des coques de bateaux
Machine de mine abandonnée dans une mine. La corrosion de l'acier peut être exacerbée par un air humide, ou ici acidifé par des vapeurs d'origine volcanique
Corrosion différentiée sur deux métaux plus et moins oxydables
La Galvanisation est un des moyens de protéger certains métaux de l'oxydation
Anodes sacrifiée (à base de zinc) protégeant une coque de navire de la corrosion électrochimique
Effondrement du Silver Bridge (ici vu du c√īt√© de l'Ohio) suite √† la corrosion des poutrelles m√©talliques

La corrosion d√©signe l'alt√©ration d'un mat√©riau par r√©action chimique avec un oxydant (le dioxyg√®ne et le cation H+ en majorit√©). Il faut en exclure les effets purement m√©caniques (cela ne concerne pas, par exemple, la rupture sous l'effet de chocs), mais la corrosion peut se combiner avec les effets m√©caniques et donner de la corrosion sous contrainte et de la fatigue-corrosion ; de m√™me, elle intervient dans certaines formes d'usure des surfaces dont les causes sont √† la fois physicochimiques et m√©caniques.

Les exemples les plus connus sont les altérations chimiques des métaux à l'air ou dans l'eau, telles la rouille du fer et de l'acier ou la formation de vert-de-gris sur le cuivre et ses alliages (bronze, laiton). Cependant, la corrosion est un domaine bien plus vaste qui touche toutes sortes de matériaux (métaux, céramiques, polymères) dans des environnements variables (milieu aqueux, atmosphère, hautes températures).

L'étude fondamentale des phénomènes de corrosion relève essentiellement de l'électrochimie. L'étude appliquée des phénomènes de corrosion est un domaine de la science des matériaux, qui comporte à la fois des notions de chimie et de physique (physico-chimie).

La corrosion est un probl√®me industriel important : le co√Ľt de la corrosion, qui recouvre l'ensemble des moyens de lutte contre la corrosion, le remplacement des pi√®ces ou ouvrages corrod√©s et les cons√©quences directes et indirectes des accidents dus √† la corrosion, est estim√© √† 2 % du produit brut mondial)[1]. Chaque seconde, ce sont quelque 5 tonnes d'acier qui sont ainsi transform√©es en oxydes de fer‚Ķ

Sommaire

Corrosion des métaux

Exemple de corrosion d'un outil (manche de clé à molette) chromé utilisé plusieurs années en mer sur un bateau
Décollement d'une couche de chromage sous l'effet de la corrosion (même outils que ci-dessus)

La corrosion des métaux est un phénomène naturel.
Il n'existe que de rares cas de m√©taux pr√©sents √† l'√©tat natif naturellement :

Mais dans l'√©crasante majorit√© des cas, le m√©tal est pr√©sent sur Terre sous forme d'oxyde, dans les minerais : bauxite pour l'aluminium, h√©matite pour le fer, chalcopyrite pour le cuivre, rutile pour le titane‚Ķ

Depuis la préhistoire, le travail de métallurgie a consisté à réduire ces oxydes dans des bas-fourneaux puis des hauts-fourneaux pour fabriquer le métal. La corrosion n'est qu'un retour à l'état d'oxyde naturel.

La corrosion des métaux est dans la grande majorité des cas une réaction électrochimique (une oxydo-réduction) qui fait intervenir la pièce manufacturée et l'environnement.

Exemples de corrosion de contact (√† propos de ce ph√©nom√®ne, voir la page de discussion) :

Il faut donc prendre en compte

Cela conditionne le type de corrosion et la vitesse de corrosion ; dans les installation industrielles, on d√©finit ainsi des zones de risque de corrosion appel√©es boucles de corrosion.

La forme de la pi√®ce et les traitements subis ‚ÄĒ mise en forme, soudure, vissage ‚ÄĒ jouent un r√īle primordial. Ainsi, un assemblage de deux m√©taux diff√©rents (par exemple deux nuances d'acier, ou le m√™me acier trait√© diff√©remment) peut cr√©er une corrosion acc√©l√©r√©e ; on voit d'ailleurs souvent des traces de rouille au niveau des √©crous. Si la pi√®ce pr√©sente un interstice (par exemple entre deux plaques), cela pourra former un milieu confin√© qui √©voluera diff√©remment du reste de la pi√®ce et donc pourra aboutir √† une corrosion locale acc√©l√©r√©e. Toute h√©t√©rog√©n√©it√© peut conduire √† une corrosion locale acc√©l√©r√©e, comme par exemple aux cordons de soudure. L'h√©t√©rog√©n√©it√© de l'environnement auquel est soumis une pi√®ce m√©tallique de composition r√©guli√®re peut susciter une corrosion dite par 'pile de concentration'. Il en est de m√™me pour une pi√®ce m√©tallique localis√©e dans une solution de composition identique mais connaissant des agitations non-uniformes. Une plaque m√©tallique partiellement immerg√©e subira une corrosion localis√©e dite '√† la ligne d'eau'.

Dans le corps humain

Des phénomènes de corrosion peuvent sérieusement toucher la santé, soit par allergie et/ou pénétration transcutanée de métaux toxiques (à partir de bijoux portés sur la peau par exemple), soit par corrosion (galvanique notamment) de prothèses interne ou présente dans la bouche (prothèses orthodontiques). Les plombages dentaires (contenant du mercure) ou certaines prothèse orthodontique[2] peuvent subir des phénomènes galvaniques et de modification de Redox et libérer de petites quantité de métaux ou se dégrader.

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

\mathrm{Fe + Cl_2\longrightarrow Fe^{2+}(aq) + 2\ Cl^{-}(aq)}

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‚Äôatmosph√®re contient des acides HNO3, H2SO4, etc., r√©sidus de combustion. Ces acides attaquent les m√©taux :

\mathrm{Fe + 2\ H^{+}\longrightarrow Fe^{2+} + H_2}

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‚Äôoxyg√®ne de l‚Äôair, en pr√©sence d‚Äôeau, oxyde le fer et peut former divers oxydes. Selon les conditions chimiques, il forme divers oxydes ou hydroxydes qui peuvent √™tre soit non-protecteurs, soit mod√©r√©ment protecteurs. Par exemple Fe(OH)3, n H2O : la rouille, cet hydroxyde est poreux et ne prot√®ge pas le fer. Mais en milieu r√©ducteur (peu ou pas d'oxyg√®ne) neutre ou mod√©r√©ment basique, c'est l'eau qui oxyde le fer ; on peut alors obtenir la magn√©tite Fe3O4, qui elle est mod√©r√©ment protectrice. L‚Äôacier inoxydable, commun√©ment d√©sign√© par "acier inox", contient du chrome, au minimum 12 % poids : les oxydes qui se forment en surface de l‚Äôalliage (avec une forte proportion d'oxyde de chrome de type Cr2O3) g√™nent la progression de l‚Äôoxyg√®ne ou le transfert d'√©lectrons n√©cessaire √† l'oxydation, on parle alors de passivation. Le terme indique un net ralentissement de la vitesse de corrosion par rapport √† la cin√©tique initiale de corrosion. Toutefois, la corrosion n'est pas annul√©e mais fortement ralentie, de quelques ordres de grandeur. L'effet protecteur du chrome croit en g√©n√©ral avec sa teneur. Un minimum de 12 % est n√©cessaire, mais les aciers destin√©s √† des environnements agressifs, par exemple en pr√©sence de chlorures ou vers les milieux acides, ont des teneurs plus √©lev√©es, jusqu'√† 25 % par exemple. L'ajout de molybd√®ne a aussi un effet passivant tr√®s √©lev√©, plus m√™me 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'¬ę acier inoxydable ¬Ľ est impropre pour deux raisons : ce type d'acier contient des √©l√©ments d'alliage (chrome, nickel) qui s'oxydent (c'est cette couche d'oxyde qui prot√®ge l'acier), et d'autre part, il n'est prot√©g√© que pour certains types d'environnement, et sera corrod√© dans d'autres environnements.

Il existe de multiples nuances d'aciers dits ¬ę inoxydables ¬Ľ d√©sign√©s par des noms tels que ¬ę 304 ¬Ľ, ¬ę 304L ¬Ľ, ¬ę 316N ¬Ľ etc., qui correspondent √† la norme am√©ricaine AISI, appel√©s 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 molybd√®ne, il est plus passif que le Z6CN18-10. Chaque acier correspond √† certains types d'environnements, son utilisation dans d'autres environnements pourrait √™tre 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).

Ma√ģtrise de l'environnement

Dans un environnement ferm√© (par exemple un circuit ferm√© d'eau), il devient possible de ma√ģtriser les param√®tres ayant une influence sur la corrosion : composition chimique (notamment acidit√© et duret√© de l'eau), temp√©rature, caract√®re plus ou moins abrasif et vitesse ou pression du fluide transport√©, etc... Il existe √©galement des produits dits ¬ę inhibiteurs de corrosion ¬Ľ.

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'emp√™cher la r√©action chimique d'avoir lieu :

  • On peut tout d'abord isoler la pi√®ce de l'environnement (par une couche de peinture, de mati√®re plastique, ou par un traitement de surface : nitruration, chromatation, projection plasma).
  • Il est aussi possible d'introduire une autre pi√®ce pour ralentir ou emp√™cher la r√©action ; c'est le principe de la protection cathodique. Un premier moyen de la r√©aliser est d'utiliser une ¬ę anode sacrificielle ¬Ľ. Cette nouvelle pi√®ce (souvent en zinc ou magn√©sium) abaisse en effet le potentiel √©lectrochimique de la pi√®ce prot√©g√©e en dessous du potentiel o√Ļ il peut s'oxyder, et va se corroder √† la place de la pi√®ce √† prot√©ger. En milieu aqueux, il suffit de visser ou de mettre en contact l'anode sacrificielle sur la pi√®ce √† prot√©ger. Si la pi√®ce est de grande dimension, il faut cependant tenir compte d'une d√©perdition de protection li√©e √† la chute ohmique. Celle-ci est provoqu√©e par la r√©sistance au passage du courant dans le milieu environnant, et elle augmente avec la distance du point de la pi√®ce prot√©g√©e au contact avec l'anode sacrificielle. Au-del√† d'une certaine distance, qui d√©pend de la conductivit√© du milieu, la pi√®ce n'est plus prot√©g√©e. Il faut donc positionner les anodes √† distance r√©guli√®re de mani√®re √† ce que tout point se situe en dessous du potentiel ou le m√©tal peut de corroder. C'est ce qui est r√©alis√© sur les grandes structures, par exemple les plateformes p√©troli√®res offshore. Ces anodes sacrificielles se consomment et ont donc une dur√©e de vie limit√©e, et n√©cessitent un remplacement p√©riodique. √Ä l'air, il faut enti√®rement recouvrir la pi√®ce de zinc, c'est le principe de la galvanisation. Un deuxi√®me moyen de r√©aliser la protection cathodique est d'abaisser le potentiel du m√©tal avec une source √©lectrique externe, en imposant un potentiel ou un courant entre la pi√®ce et une anode externe positionn√©e au regard de la surface, mais sans contact direct avec le m√©tal. Dans ce cas, l'anode ne se consomme pas et n'a pas besoin d'√™tre remplac√©e.

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

Le chromage a √©t√© compl√®tement abandonn√©[3]. En effet, le chrome en lui-m√™me ne se corrodait pas, donc prot√©geait la pi√®ce, mais la moindre rayure √©tait catastrophique car la pi√®ce jouait alors le r√īle d'anode sacrificielle pour le chrome et se corrodait tr√®s rapidement. Les peintures anti-corrosion au plomb ont √©t√© √©galement abandonn√©es en raison de leur effet sur l'environnement.

Notes et références

  1. ‚ÜĎ Bernard Normand, Nadine P√©b√®re, Caroline Richard, Martine Wery, Pr√©vention et lutte contre la corrosion : une approche scientifique et technique, PPUR, 2004, 798 p. (ISBN 2-88074-543-8) 
  2. ‚ÜĎ Benguira, David M, ¬ęInfluence d'un rince-bouche fluor√© sur la corrosion galvanique entre un fil NiTi ou un fil CuNiTi et diff√©rents bo√ģtiers orthodontiques : incidence sur les propri√©t√©s m√©caniques des fils¬Ľ , Universit√© de Montr√©al, 2010.
  3. ‚ÜĎ attention √† ne pas confondre le chromage, un d√©p√īt de chrome, la chromatation, qui est la formation d'une couche de m√©tal combin√© √† des ions chrome VI, et la chromisation, parfois appel√©e c√©mentation au chrome, qui est une diffusion d'atomes de chrome dans les couches superficielles d'un acier

Voir aussi

Liens externes

Bibliographie

  • [ASM96] : Corrosion 5√® √©d., vol. 13 de ASM Handbook, √©d. ASM International (American Society for Materials), 1996
  • [Ben62] : L'Oxydation des m√©taux, J. B√©nard et coll., √©d. Gauthier-Villars, 1962
  • [Kof88] : High Temperature Corrosion, P. Kofstad, √©d. Elsevier, 1988
  • [Lan93] : Corrosion et chimie de surfaces des m√©taux, D. Landolt, vol. 12 de Trait√© des mat√©riaux, √©d. Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, 1993
  • [Now92] : Diffusion in Solids and High Temperature Oxidation of Metals, √©diteur J. Nowotny, √©d. Trans Tech Publications, 1992
  • [Phi98] : M√©tallurgie, du minerai au mat√©riau, J. Philibert et coll., √©d. Masson, 1998

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Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article Corrosion de Wikipédia en français (auteurs)

Regardez d'autres dictionnaires:

  • CORROSION ‚ÄĒ La corrosion est le r√©sultat de l‚Äôaction qu‚Äôexerce un r√©actif liquide ou gazeux sur un m√©tal ou un alliage. Sa forme la plus connue est la rouille du fer expos√© √† l‚Äôair humide. Elle pr√©sente une grande importance √©tant donn√© les cons√©quences… ‚Ķ   Encyclop√©die Universelle

  • Corrosion ‚ÄĒ Cor*ro sion (k?r r? zh?n), n. [LL. corrosio: cf. F. corrosion. See {Corrode}.] The action or effect of corrosive agents, or the process of corrosive change; as, the rusting of iron is a variety of corrosion. [1913 Webster] Corrosion is a… ‚Ķ   The Collaborative International Dictionary of English

  • corrosion ‚ÄĒ CORROSION. s. f. L action ou l effet de ce qui est corrosif. Cette humeur, ce poison fit une grande corrosion. La corrosion de l estomac est un indice de poison ‚Ķ   Dictionnaire de l'Acad√©mie Fran√ßaise 1798

  • corrosi√≥n ‚ÄĒ sustantivo femenino 1. (no contable) Acci√≥n y resultado de corroer: La corrosi√≥n ha afectado la carrocer√≠a del coche. Hemos pintado las puertas met√°licas con un producto que evita la corrosi√≥n ‚Ķ   Diccionario Salamanca de la Lengua Espa√Īola

  • corrosion ‚ÄĒ Corrosion. s. f. v. L action & l effet de ce qui est corrosif. Cette humeur, ce poison fit une grande corrosion. la corrosion de l estomac est un indice du poison ‚Ķ   Dictionnaire de l'Acad√©mie fran√ßaise

  • corrosion ‚ÄĒ c.1400, from M.Fr. corrosion or directly from L. corrosionem (nom. corrosio), noun of action from pp. stem of corrodere (see CORRODE (Cf. corrode)) ‚Ķ   Etymology dictionary

  • corrosion ‚ÄĒ [k…ô rŇć‚Ä≤zh…ôn] n. [ME corrosioun < OFr corrosion < LL corrosio < pp. of L corrodere: see CORRODE] 1. a corroding or being corroded 2. a substance, as rust, formed by corroding ‚Ķ   English World dictionary

  • Corrosion ‚ÄĒ Corrosion. –°–ľ. –ö–ĺ—Ä—Ä–ĺ–∑–ł—Ź. (–ė—Ā—ā–ĺ—á–Ĺ–ł–ļ: ¬ę–ú–Ķ—ā–į–Ľ–Ľ—č –ł —Ā–Ņ–Ľ–į–≤—č. –°–Ņ—Ä–į–≤–ĺ—á–Ĺ–ł–ļ.¬Ľ –ü–ĺ–ī —Ä–Ķ–ī–į–ļ—Ü–ł–Ķ–Ļ –ģ.–ü. –°–ĺ–Ľ–Ĺ—Ü–Ķ–≤–į; –Ě–ü–ě –ü—Ä–ĺ—Ą–Ķ—Ā—Ā–ł–ĺ–Ĺ–į–Ľ , –Ě–ü–ě –ú–ł—Ä –ł —Ā–Ķ–ľ—Ć—Ź ; –°–į–Ĺ–ļ—ā –ü–Ķ—ā–Ķ—Ä–Ī—É—Ä–≥, 2003 –≥.) ‚Ķ   –°–Ľ–ĺ–≤–į—Ä—Ć –ľ–Ķ—ā–į–Ľ–Ľ—É—Ä–≥–ł—á–Ķ—Ā–ļ–ł—Ö —ā–Ķ—Ä–ľ–ł–Ĺ–ĺ–≤

  • corrosion ‚ÄĒ index decline, deterioration, detriment, disrepair, dissolution (disintegration), spoilage, wear and tear ‚Ķ   Law dictionary

  • corrosion ‚ÄĒ [n] disintegration decay, decomposition, degeneration, deterioration, erosion, oxidation, rust, wear; concepts 309,720 ‚Ķ   New thesaurus

  • corrosion ‚ÄĒ Corrosion, Erosio ‚Ķ   Thresor de la langue fran√ßoyse


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