Corrosion et choix des matériaux

La présente page décrit simplement:

- les moyens de lutte (autres que le choix d'un matériau non corrodable). Il est évident que le remplacement d'un matériau fragile contre la corrosion par un matériau résistant (plastique, inox adapté..), réduira la corrosion,
les mécanismes de corrosion et le suivi pour prévenir la corrosion..

L'on trouvera aussi en annexe les matériaux disponibles sous forme de coupons poursuivre un programme contre la corrosion.

Le tableau ci-après reprend la série depuis le matériau le plus facilement corrodable (le magnésium), aux plus résistant à la corrosion (titane, platine, or...)
Lorsque l'on n'est pas familiarisé avec ce type de document, il faut se rappeler que:

- les oxydes des métaux peuvent protéger le métal sous jacent. C'est le cas pour l'alumine qui protège l'aluminium,

- l'on peut associer un métal corrodable (le zinc par exemple avec l'acier dans le cas d'un acier galvanisé par exemple). La corrosion se focalise sur le métal corrodable qui est plus ou moins protégé par sa couche d'oxyde,

- ce tableau ne prend pas en compte certaines corrosions spécifiques:

acide par immersion dans une eau acide du matériau,

alcaline: Certains matériaux se corrodent en pH alcalin,

attaque par les chlorures (sels, eau de javel). ceci touche tous les métaux mais les dégats peuvent être très importants sur certains acier inoydables "ordinaires" comme la nuance 304. Le choix d'un acier inoxydable devra se faire avec l'aide d'un spécialiste,

attaque par les oxydants (chlore et produits dérivés comme l'acide hypochloreux HClO, l'ion OCl- , l'acide hypobromeux, le dioxyde de chlore, l'ozone..). Ces produits sont des désinfectants classiques

La température influence énormément la vitesse de la corrosion . Les inhibiteurs de la corrosion sont fortement perturbés par la température de l'eau.

Le traitement thermique va ainsi:

- augmenter spectaculairement la vitesse de corrosion. Passer l'eau de 50°C à 70 °C va probablement multiplier par 2 la corrosion sur le l'acier,

- faire s'écrouler l'efficacité des inhibiteurs de la corrosion surtout ceux utilisés sur des eaux chaudes sanitaires

- détériorer les revêtements protecteurs comme la couche de zinc sur un acier galvanisé.

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Introduction sur les mécanismes de la corrosion (acier)

Acier
Les processus de corrosion sont aussi complexes que variés et nous nous bornerons à l'examen des principaux phénomènes de corrosion des aciers rencontrés dans les circuits de réfrigération ou dans les circuits d'eau sanitaire. Pour les aciers inoxydables, de nombreux types de corrosion peuvent apparaître qu'il est impossible de traiter simplement. Ils associent aussi bien les chlorures, le pH, la fatigue du métal.

Acier galvanisé
L'acier galvanisé est un acier qui est recouvert d'une couche plus ou moins fine de zinc métal.
Le cuivre et les alliages cuivreux peuvent aussi se corroder en libérant les ions cuivreux Cu+ et cuivriques Cu++ et les métaux alliés au cuivre dans les alliages comme le zinc. L'hydroxyde de fer Fe (OH)3 insoluble - appelé communément rouille - est responsable de la coloration brun-rougeâtre des aciers corrodés.
C'est le cas, lorsque le caractère incrustant d'une eau provoque la formation d'un film protecteur.
C'est l'objectif visé dans certains circuits où un indice de RYZNAR inférieur à 6,0 peut être atteint à toute température et où en l'absence de traitement spécifique anti-corrosion des aciers on contrôle des vitesses de corrosion généralisées inférieures à 100 microns/an.

Les éléments qui suivent sont valables pour tous les métaux que l'on retrouve dans un circuit d'eau chaude sanitaire ou un cuicuit de refroidissement.

Comment suivre la corrosion

Le moyen internationalement utilisé est le coupon de corrosion

coupon de corrosion
selon NACE les dimensions sont en pouces

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les coupons existent dans pratiquement toutes les nuances de métallurgie (acier C 1010, inox 304 L, 316L, cuivre, laitons…). Un document, dans une autre page de cette présentation en hypertexte, décrit les types de coupons disponibles à l'IRH.

coupons et porte-coupons de corrosion

Le coupon de corrosion ci-après montre un caractère fortement corrodé. Il est flagrant que si la souche Legionella existe dans l'eau le risque est grand de voir un biofilm se former sur le dépôt susceptible de libérer la bactérie pathogène.
Les coupons doivent TOUJOURS être fixés sur un support l'isolant électriquement de l'installation pour éviter de superposer plusieurs formes de corrosion :

coupons et porte-coupons
(la tige et la vis sont le plus souvent en polyamide genre nylon ®)

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Le sens de l'écoulement de l'eau sur le coupon est primordial.
Il existe des porte-coupons permettant l'installation de coupons dans des canalisations sous pression. Il suffit d'aménager un piquage sur la canalisation à surveiller avec une vanne à boule de diamètre suffisant pour accepter le porte-coupon :

Les coupons peuvent être insérés en by-pass sur le réseau dans un petit équipement appelé lyre ou rack.

Les porte-coupons sont implantés au niveau des coudes de l'appareil, le plus souvent réalisé en PVC.

Il existe aussi dans le commerce des appareils permettant de mesurer instantanément, par suivi du courant de polarisation, la corrosion.
Outre les données sur la corrosion (exprimées en µm par an ou en mpy : mils per year : 1 mpy = 25,7 µm par an), les appareils donnent un indice de pitting (indication concernant la corrosion localisée).
Les électrodes (planes ou cylindriques sont au nombre de 2 ou 3) et elles doivent être dans la nuance de matériau que l'on veut suivre.

Mesure électrique de la corrosion metalsample

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Paramètres favorisant la corrosion

Nous avons vu précédemment que le pH, le TAC et la teneur en calcium étaient, en l'absence d'un conditionnement anti-corrosion, des paramètres fondamentaux de la corrosion. Parmi les paramètres secondaires nous pouvons citer :

La teneur en chlorures, sulfates et la minéralisation totale de l'eau dont l'accroissement augmente les vitesses de corrosion,

La teneur en ions métalliques susceptibles de favoriser une corrosion galvanique (Cu++ à teneur élevée par exemple),

La propreté de l'eau et de l'état de surface : les suspensions contenues dans l'eau se déposent dans les zones de faible circulation et occasionnent des corrosions sous-dépôt (d'ou l'utilité d'une filtration en dérivation permanente sur le circuit).

Corrosion par aération différentielle
Il s'agit d'un phénomène de corrosion électrochimique entre des zones faiblement oxygénées sous dépôts, sous pustules, sous joints - qui seront les zones où il y a dissolution du métal (anode)- et des zones où l'accès de l'oxygène est aisé (cathode).
Cette corrosion de type localisé est la plus dangereuse puisqu'elle conduit à des piqûres (le pitting), crevasses, qui se développent rapidement jusqu'à perforation du métal.

Corrosion galvanique
Tout métal plongé dans un électrolyte - l'eau par exemple - tend à passer en solution.
A cette réaction correspond un potentiel d'équilibre propre au métal considéré et à la nature de l'électrolyte.
Si deux métaux de nature différente sont en contact dans l'eau, une différence de potentiel existe, elle conduit au passage en solution du métal au potentiel le plus bas.
C'est le cas du couple acier-cuivre ou laiton conduisant à la corrosion de l'acier au voisinage immédiat du métal noble.
L'exemple le plus courant est le tube laiton dudgeonné sur une plaque tubulaire acier dans des condenseurs ou échangeurs de chaleur.
Ce phénomène de corrosion galvanique a été exploité comme procédé anti-corrosion.
En effet, l'installation d'électrodes solubles (appelées encore électrodes sacrificielles) en magnésium ou aluminium sur des tuyauteries ou boites à eau d'échangeurs, assure une protection de l'acier par passage en solution du métal dont le potentiel d'équilibre est le plus électro-négatif.

corrosion bactérienne
Très souvent les corrosions des aciers dues à des micro-organismes n'apparaissent que lorsqu'un processus de corrosion électrochimique est amorcé.
La corrosion des aciers par des bactéries dites sulfato-réductrices est l' une des plus courantes.
Ces bactéries sont anaérobies et se complaisent dans les zones peu aérées - sous des pustules par exemple - où elles favorisent la formation de sulfure d'hydrogène par réduction des sulfates présents dans l'eau.
L'hydrogène sulfuré réagit avec les ions Fe++ pour former un sulfure de fer noir FeS que l'on pourra mettre en évidence en versant un acide sur les produits de corrosion. Une odeur d'œuf pourri provenant d'un dégagement d'H2S est caractéristique.

Traitements contre la corrosion

Il existe de nombreuses technologies à même de bloquer la corrosion et ce document ne fera que les survoler.
L'image donne une idée des performances d'un bon traitement anticorrosion:

Le tuyau sur la gauche, une fois décapé est traité contre la corrosion, l'autre n'étant pas traité. Il apparait clairement, sur cette photo que, en protégeant contre la corrosion les matériaux, l'on réduit, dans la cas des matériaux ferreux, la profuction d'ions ferreux et ferriques indisprensables aux legionelles.

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Mise à jour juillet 2001- Révision 1-
copyright IRH Environnement et Jean-Louis ROUBATY 2001