Lutter contre la corrosion

Tous les produits métalliques, en particulier ceux fabriqués à partir de fer ou d’acier, finissent par rouiller et par se désintégrer lorsqu’ils entrent en contact avec l’oxygène et l’eau.
Deux types de réaction peuvent se produire : l’oxydation (les électrons quittent le métal et celui-ci se corrode) et la réduction (les électrons transforment l’eau ou l’oxygène en hydroxydes). La rouille se forme lorsque l’hydroxyde et les ions ferreux se combinent. À mesure que le métal se corrode, sa surface se modifie et, dans les métaux ferreux, la rouille s’étend.

Les applications côtières ou maritimes rouillent plus facilement car elles sont en contact avec l’eau de mer qui est neutre ou légèrement acide. Les produits situés près des côtes sont exposés à la salinité de l’atmosphère ainsi qu’aux embruns qui laissent des résidus en surface. En outre, plus on approche de l’équateur, plus la quantité de sel contenue dans l’atmosphère est élevée.
Cependant, la corrosion ne concerne pas uniquement les métaux exposés à l’eau de mer. Les produits de nettoyage, l’humidité et les milieux « sales » comme les égouts et les mines, favorisent le processus de corrosion. Les environnements dans lesquels ont lieu des processus chimiques (riches en dioxyde de carbone) sont également rudes pour les métaux.

Eva Coronado est la directrice du laboratoire d’étude de la corrosion de la société Elements Materials Technology, à Houston (Texas).

« La corrosion est un phénomène naturel qui se produit lorsque certaines conditions d’humidité, de température et de composition de l’atmosphère sont réunies. Il est impossible de l’éviter. On peut seulement l’atténuer », explique-t-elle.

« La corrosion affaiblit les produits et affecte leur fonction ainsi que leur intégrité. Elle a un impact non seulement sur les coûts mais aussi sur la sécurité et l’aspect esthétique du produit. »

Ancien président de NACE International, the Corrosion Society (l’organisme de lutte contre la corrosion le plus important au monde avec ses 30 000 membres), Kevin Garrity a passé la plus grande partie de ses 38 ans de carrière dans le domaine de l’ingénierie de la corrosion. « J’ai commencé par être ingénieur électricien, puis j’ai été intrigué par le fait que l’on retrouve la corrosion dans beaucoup d’aspects de l’ingénierie : les contraintes, les composants électriques, les réactions chimiques et biologiques. »

Le problème de la corrosion, précise-t-il, se pose depuis que l’homme a commencé à utiliser l’acier.

Alors, comment l’éviter ? La réponse est simple : c’est impossible. La meilleure « protection » consiste à prendre en compte l’impact de la corrosion dès la conception du produit afin de s’assurer que les matériaux sélectionnés résistent autant que possible à la corrosion pour l’application et l’environnement auxquels ils sont destinés. Surtout, il faut faire attention à utiliser des métaux qui n’accélèrent pas le processus de corrosion en réagissant entre eux. Ce phénomène a été découvert par le grand électrochimiste Sir Humphry Davy, lorsqu’il a éclairci le mystère des courants galvaniques.

D’après sa théorie, les ingénieurs et les fabricants doivent placer les matériaux et les produits de manière à limiter la corrosion galvanique. Par exemple, si vous souhaitez associer des alliages de cuivre et d’acier inoxydable, une couche de protection est nécessaire pour réduire la corrosion. Les alliages d’aluminium et de cuivre ne doivent pas être combinés, notamment dans les milieux au pH élevé en raison de la salinité. De plus, n’oubliez jamais que l’environnement dans lequel est placée l’application ou le produit a un impact sur les différences entre les potentiels d’électrode.

La méconnaissance des réactions galvaniques peut avoir des conséquences désastreuses en matière de coûts et de sécurité, et ainsi ternir l’image de l’entreprise. Aux États-Unis, une raffinerie a subi une défaillance majeure en raison de fissurations dues à la fragilité caustique qui était elle-même causée par la corrosion. Cela a coûté environ 500 millions de dollars à la société.
Au cours de sa carrière à NACE, M. ­Garrity a vu un certain nombre de réactions galvaniques peu souhaitables. Il pense notamment à un incident survenu dans une centrale nucléaire américaine. « Les systèmes de mise à la terre en cuivre (destinés à protéger le personnel et les équipements en cas de problème électrique) étaient reliés à un réseau de canalisations fabriquées à base de tritium, ce qui entraînait une réaction similaire à ce qu’il se passe dans une batterie. La réaction entre le cuivre et le tritium finissait par corroder les tuyaux, ce qui créait des fuites. Il y avait alors un risque que des matières faiblement radioactives s’échappent. »

Plusieurs « normes » permettent de retarder la corrosion d’un produit ou d’une application : choisir des matériaux au potentiel d’électrode semblable, appliquer une peinture ou un revêtement spécial pour créer une barrière de protection, utiliser une anode sacrificielle pour protéger le produit principal, ou introduire un courant pour compenser une réaction galvanique.

Le choix du type de protection contre la corrosion dépend des métaux concernés, de l’utilisation de l’application, du milieu dans lequel elle se trouvera et de la somme que l’entreprise est prête à investir.

Bien que les revêtements constituent la protection la plus courante (et la moins chère) contre la corrosion, ils ne sont pas infaillibles. Ainsi, un revêtement qui protège contre la corrosion dans un milieu marin ne résistera peut-être pas aux solutions de dégraissage.

En outre, l’aspect écologique de ces revêtements fait l’objet de nombreux débats, notamment dans l’industrie automobile. Certains pensent qu’il est préférable d’employer un anticorrosif agressif (dans un milieu confiné) car le produit durera trois fois plus longtemps qu’un revêtement plus écologique qui devra être remplacé trois fois au cours du cycle de vie de l’application.
Autre forme de protection contre les réactions galvaniques : l’application d’un métal à anode sacrificielle ou galvanique, par exemple des blocs, des barres, des tôles ou des rubans extrudés en magnésium, en aluminium ou en zinc, pour protéger une structure ou une application métallique. Le métal fonctionne alors comme une protection cathodique en absorbant la réaction d’oxydation pour l’empêcher d’attaquer la partie principale de la structure. Pour cela, un chemin de passage des électrons entre l’anode et le métal est nécessaire (par exemple un câble ou un contact direct). Les ions doivent également pouvoir passer entre l’agent oxydant (par exemple l’eau ou le sol humide) et l’anode pour former un circuit fermé.

Le magnésium, l’aluminium, et le zinc sont les anodes galvaniques les plus couramment utilisées. L’aluminium léger est souvent sélectionné pour les applications maritimes ou exposées à l’eau salée comme les coques de navires, les pipelines en mer et les cuves de stockage. Toutefois, il n’est pas fiable dans un environnement présentant des risques d’explosion car des étincelles peuvent se produire lorsqu’il est en contact avec une surface rouillée. Le magnésium, quant à lui, est l’anode au potentiel électrique le plus négatif. Il est souvent utilisé pour les applications souterraines et en lien avec le sol.

De nombreux cas de corrosion auraient pu être évités si les mesures adéquates avaient été prises lors de la conception du produit. « Chaque année, NACE forme environ 12 000 ingénieurs aux questions liées à la corrosion. Mais on compte plus de 3,5 millions d’ingénieurs dans le monde : le chemin est donc encore long », constate-t-il.

Cependant, selon M. Garrity, les entreprises et les organisations commencent à comprendre que si un investissement dans la prévention contre la corrosion coûte cher au départ, il permet de faire des économies à long terme.

Pour calculer le retour sur investissement, il recommande l’élaboration d’une « matrice des risques ». « Classez les risques de corrosion en fonction de l’importance de la structure ou de l’installation. Puis, traitez-les un par un jusqu’au risque le plus faible. »

Les assemblages vissés ont beau être de petits composants dans le processus de construction, ils doivent être conçus avec soin. S’ils sont corrodés, la structure ou le produit pourrait tomber en morceaux.

« Les assemblages font partie intégrante de la vie moderne et doivent être fiables, affirme Mme Coronado. La corrosion des assemblages n’entraîne pas uniquement une perte de métal et des défaillances potentielles. Dans le cas des assemblages haute résistance, une fissuration et une défaillance soudaine sont également possibles. Les assemblages résistants à la corrosion ne sont pas toujours pratiques. D’autres méthodes de lutte contre la corrosion sont donc employées, par exemple les revêtements. »

Les revêtements à paillettes de Zinc, tels que Delta Protekt® ou Delta-Tone®, sont les plus courants pour les vis et les rondelles en acier. Ils sont appliqués comme une peinture, puis ils sont cuits afin de créer une barrière. Si d’autres couches sont ajoutées, le revêtement sert également de couche antifrottements. Autres solutions : les revêtements en téflon et la galvanisation à chaud.

Pour Franz Raymann, responsable du service entretien chez Nord-Lock, il est essentiel de choisir le bon matériau et la protection anticorrosion adéquate pour un assemblage vissé. « Souvent, les clients ne comprennent pas pourquoi nous leur posons autant de questions sur les matériaux qu’ils utilisent et l’environnement auquel le produit est destiné. Pourtant, nous devons connaître tous ces détails si nous voulons fournir le bon assemblage », explique-t-il.

Il donne l’exemple d’une plateforme pétrolière offshore de 4 000 tonnes suspendue sur quatre jambes et assemblée grâce à 16 tensionneurs géants. « Si les assemblages rouillent, tous les employés finissent dans la mer du Nord. »

« Il faut vérifier régulièrement que les assemblages stratégiques ne subissent pas de corrosion. Si l’on découvre de la rouille, en fonction de la gravité de la situation, on retire l’assemblage, on le nettoie, on vérifie l’absence de fissure, on applique un nouveau revêtement ou on le remplace complètement. » 

Comment concevoir un produit pour éviter la corrosion ?

• Analysez le milieu corrosif et les exigences du produit.
• Sélectionnez des matériaux suffisamment résistants à la corrosion (et qui présentent un potentiel d’électrode semblable).
• Évitez les formes qui captent l’eau et la poussière, qui augmentent les contraintes, qui entraînent l’érosion, etc.
• Choisissez une méthode adéquate de protection contre la corrosion (revêtements, anodes sacrificielles, courants continus, etc.).
• Définissez les exigences du produit : par exemple, l’essai au brouillard salin ISO 9227, le test de corrosion électrochimique ASTM G48 pour l’acier inoxydable, les classes de corrosion de la norme ISO 12944 pour les milieux corrosifs.

Classement des milieux corrosifs