La corrosion est définie comme la destruction ou la dégradation d'un matériau (principalement des métaux) en raison de son interaction avec l'environnement. Cette destruction se produit à la surface du métal, sous forme de dissolution ou sous d'autres formes, comme la rouille.
Les coûts de la corrosion
Selon la SSPC, la corrosion des métaux coûte environ 276 milliards de dollars par an. La NACE estime que la corrosion non atténuée coûte à l'économie américaine environ 3,1 % du PIB total du pays. Les pertes dues à la corrosion peuvent être classées en trois catégories :
1 - Pertes directes
- Gaspillage d'énergie et de matériaux
2 - Pertes indirectes
- Arrêt, perte de produit
- Coûts d'entretien élevés
- Perte d'efficacité
3 - Impact environnemental
Comment et pourquoi la corrosion se produit-elle ?
Les métaux de structure courants (comme les aciers) sont produits à partir de minéraux (minerais de fer), dont la production nécessite une grande quantité d'énergie. Ces métaux sont donc à haut niveau énergétique et ont tendance à se corroder. Certains environnements leur permettent de se recombiner et de revenir à leurs niveaux d'énergie inférieurs. La corrosion peut donc être décrite comme une « métallurgie extractive inversée ».
Le principe électrochimique de la corrosion
La corrosion implique des réactions d'oxydation (anodique) et de réduction (cathodique). La réaction anodique implique la dissolution du métal (« corrosion »). La réaction cathodique consomme les électrons (voir figure 1).
Figure 1 : Réaction électrochimique de corrosion
Pour que la corrosion se produise, les éléments suivants sont nécessaires.
1) Anode ou sites anodiques à la surface du métal (électrode sur laquelle se produit l'oxydation ou la corrosion)
2) Cathode ou sites cathodiques à la surface du métal (électrode sur laquelle se produit la réduction)
3) Électrolyte en contact avec l'anode et la cathode (fournit un chemin pour la conduction ionique)
4) Connexion électrique entre l'anode et la cathode (fournit un chemin pour le flux d'électrons)
La thermodynamique de la corrosion (facteur déterminant pour que la corrosion se produise ou non)
Les variations d'énergie libre (ΔG) fournissent la force motrice et contrôlent la direction spontanée d'une réaction électrochimique (corrosion). Plus la valeur de ΔG est négative, plus la réaction a tendance à se poursuivre et plus le risque de corrosion est élevé. Selon cette théorie, trois principaux types de cellules peuvent participer aux réactions de corrosion :
1) Cellules à électrodes différentes/cellules galvaniques (métaux différents)
2) Cellules de concentration (sel et oxygène)
3) Cellules à température différentielle (l'anode et la cathode sont faites du même métal et ne diffèrent que par la température)
Contributeurs à la corrosion des environnements marins
L'eau de mer est l'électrolyte le plus efficace en raison de sa teneur en chlorure (Cl). La présence d'oxygène dans l'atmosphère marine et les zones d'éclaboussures à l'interface augmentent également l'agressivité de l'attaque saline sur un navire.
La vitesse de corrosion de l'acier en milieu marin varie en fonction de l'aération différentielle (présence d'oxygène), de la température et de la teneur en chlorures. Par exemple, la concentration différentielle d'oxygène dissous à l'interface aggrave la corrosion de la coque du navire.
La corrosion de l'acier dans les environnements marins est principalement affectée par les facteurs suivants :
1) Diffusion d'oxygène
Le taux de corrosion est contrôlé par le taux de diffusion de l'oxygène à travers l'eau jusqu'à la surface du métal.
L'acier nu exposé se corrode plus rapidement qu'un acier recouvert d'une couche de rouille.
2) Température
Les taux de diffusion sont contrôlés par la température, donc une augmentation de la température augmentera le taux de corrosion.
3) Type d'ions
La présence d'ions contenant du chlorure et du soufre augmente la corrosion.
Types de corrosion dans les environnements marins
1) Corrosion uniforme (corrosion générale)
* La forme de corrosion la plus courante où la réaction électrochimique se déroule uniformément sur toute la surface exposée ou sur une grande surface.
* La corrosion uniforme ou générale représente la destruction la plus importante du métal en termes de tonnage. Le métal s'amincit et finit par se rompre.
2) Corrosion galvanique
* Se produit lorsque 2 métaux différents sont connectés électriquement dans le même électrolyte.
* La force motrice de la corrosion est la différence de potentiel des électrodes – cette différence de potentiel produit un flux d’électrons entre elles.
3) Corrosion par courants vagabonds
* Se produit sur le métal avec un « courant parasite » électrique passant de celui-ci à un électrolyte.
* L'électricité provenant d'une source extérieure circule à travers les composants du navire et sort par l'eau jusqu'au sol.
4) Corrosion par piqûres
* La corrosion par piqûres est une attaque extrêmement localisée qui entraîne le développement de cavités ou de « piqûres » dans le métal, qui dans la plupart des cas sont relativement petites.
* Les piqûres sont considérées comme la forme de corrosion la plus destructrice et la plus insidieuse, car elles sont plus difficiles à détecter, prévoir et concevoir.
5) Corrosion caverneuse
* Une corrosion localisée intense, qui se produit souvent dans les crevasses et autres zones protégées sur les surfaces métalliques exposées à des environnements corrosifs.
6) Corrosion induite par l'écoulement
* Érosion Corrosion
Dommages causés par des réactions de corrosion et des effets mécaniques dus au mouvement relatif entre un fluide corrosif (électrolyte) et la surface métallique.
* Corrosion par cavitation
La corrosion par cavitation est une forme d'érosion-corrosion et est définie comme la dégradation d'une surface métallique par la formation et l'effondrement soudains de bulles de vapeur.
7) Corrosion biologique
* Les organismes biologiques marins accélèrent la corrosion en modifiant l'environnement normal.
Détection de la corrosion marine
Certaines des corrosions mentionnées ci-dessus, comme la corrosion uniforme, peuvent être détectées par inspection visuelle. Cependant, une corrosion localisée peut exister sous les revêtements, difficilement détectable à l'œil nu. Il est donc devenu crucial de développer des contrôles non destructifs (CND) capables de détecter la corrosion sous le revêtement des navires.
Méthodes CND utilisées dans la détection de la corrosion sous revêtement :
1) Courants de Foucault (EC)
L'EC est l'une des méthodes de CND les plus efficaces. Elle utilise des courants alternatifs appliqués à une bobine conductrice maintenue à proximité immédiate de l'objet inspecté. Conformément à la loi de Lenz, l'objet inspecté génère des courants de Foucault qui s'opposent au courant alternatif dans la bobine, comme illustré à la figure 2.
Les courants de Foucault sont ensuite détectés par la même bobine, des bobines distinctes ou des capteurs de champ magnétique. Les variations des courants de Foucault induits peuvent être dues à des modifications des propriétés électromagnétiques du matériau, à des variations d'épaisseur ou à des discontinuités marquées dues à la corrosion. Pour mettre en œuvre cette méthode, la surface du matériau doit être accessible.
Figure 2 : Schéma de principe de la détection de la corrosion par courants de Foucault
2) CND micro-ondes (MNDT)
La gamme de fréquences des micro-ondes s'étend de 300 MHz à 300 GHz. Les revêtements sont facilement pénétrés par les signaux micro-ondes, qui peuvent ensuite interagir avec les structures internes des matériaux. Ces signaux micro-ondes sont alors entièrement réfléchis à la surface du métal. Ils traversent ainsi deux fois les zones de corrosion et de défauts.
Ce qui augmente les possibilités de détection de la corrosion sous les revêtements. La configuration du MNDT est illustrée à la figure 3. Comme les micro-ondes ne peuvent pas pénétrer efficacement les matériaux conducteurs, il est difficile de détecter la corrosion sous les surfaces en acier.
Figure 3 : Contrôle non destructif par micro-ondes
3) Test de thermographie
Le test thermographique est une méthode en temps réel et sans contact permettant d'inspecter une grande surface en peu de temps. Une caméra infrarouge intégrée au système mesure la température de l'échantillon en temps réel. Après avoir stimulé la zone d'essai, une différence de température entre la zone corrodée et la zone exempte de défauts est détectée par le système d'essai thermographique. Ce dernier fournit ensuite la thermographie de la zone d'essai (voir la figure 4). L'un des risques est que la température élevée générée par la thermographie puisse endommager la microstructure du substrat en acier.
Figure 4 : L'amplitude moyenne du coefficient de réflexion de la corrosion
4) Méthodes de radiographie
La radiographie est basée sur les différences d'atténuation du rayonnement pénétrant dans les matériaux. La zone de corrosion et la zone exempte de défauts présentent des coefficients d'atténuation différents. Par conséquent, la corrosion sous les revêtements peut être détectée par radiographie. Les rayons gamma ou X sont utilisés pour visualiser le profil d'une structure (voir la figure 5). Cependant, l'utilisation de la radiographie présente plusieurs limites notables. Par exemple, les rayons X et gamma peuvent tous deux présenter des risques pour la sécurité de l'opérateur. De plus, il est impossible de mesurer la profondeur de la corrosion par radiographie.
Figure 5 : Radiographie de la corrosion sous le revêtement en résine
5) Imagerie de capacité
L'imagerie capacitive est une nouvelle invention dans le domaine des contrôles non destructifs, qui vise à surmonter les lacunes des technologies CND existantes.
La configuration de base consiste à « ouvrir » un condensateur standard à plaques parallèles de sorte que les deux électrodes soient dans le même plan, c'est-à-dire coplanaires, comme illustré à la figure 6. Un courant alternatif est ensuite appliqué au condensateur, ce qui établit une distribution du champ électrique. La présence d'un objet entre les électrodes affecte ce champ électrique et toute modification localisée des propriétés de l'échantillon modifie la distribution du champ et module le signal de sortie. La corrélation de ces variations de signal avec les informations de surface localisées produit alors une image lorsque la sonde est déplacée sur la surface de l'objet (illustré à la figure 7). Le principal avantage pratique de cette approche est qu'elle est non invasive, sans contact et ne nécessite qu'un seul accès à l'objet examiné.
Figure 6 : Configuration de l'imageur capacitif
Figure 7 : (a) Photographie d’une plaque d’acier galvanisé rouillée.
(b) Image capacitive prise dans les airs, mettant en évidence les principales zones de rouille.
(c) Image capacitive prise à travers un revêtement en mousse polymère isolante de 5 mm d'épaisseur.
Références
1.https://www.thomasind coatings.com/what-does-corrosion-cost/
2.https://en.wikipedia.org / wiki/Gibbs_free_energy
3.https://www.designingbuildings. co. uk / wiki / Marine_ corrosion # Types _ of _ corrosion
5. Ruikun W. ; Hong Z. ; Ruizhen Y. ; Wenhui C. ; Guotai C. Essais non destructifs pour l'évaluation de la corrosion du métal sous revêtement. Journal of Sensors. Volume 2021, article n° 6640406, 16 pages.