Matériaux - Corrosion

 La corrosion

La corrosion d’un matériau est la dégradation de celui-ci ou de ses propriétés mécanique sous l’effet de l’environnement immédiat qui peut être le sol, l’atmosphère, l’eau ou d’autres fluides. Compte tenu du nombre important de paramètres intervenant dans le processus électrochimique, la corrosion est un phénomène très complexe. La corrosion peut être vue sous sa forme globale comme une réaction spontanée d’échange d’électrons à l’interface métal/environnement. C’est un phénomène naturel qui tend à faire retourner les métaux à leur état d’oxyde par une attaque plus ou moins rapide du milieu corrosif.

Les recherches sur la corrosion sont anciennes puisque, dès 1830, le physicien Auguste De La Rive en proposait une théorie électrochimique. Cependant, ces recherches n'ont véritablement pris leur essor qu'au XX^e siècle. Leur but est double : déterminer le processus des phénomènes afin de leur trouver un remède, et définir les matériaux susceptibles d'être utilisés dans des conditions données pendant une durée qui est parfois de plusieurs décennies, comme c'est le cas pour certaines installations nucléaires.

L'étude de la corrosion constitue une branche de la chimie puisqu'elle correspond à des réactions qui font intervenir un métal et un réactif. Mais, pour résoudre les problèmes qu'elle pose, on ne peut pas se contenter d'appliquer les lois classiques.

La cellule de la corrosion :

Il y a certains éléments qui doivent être présents pour que le processus de corrosion se produise, sans eux, il n'y aurait pas de corrosion. Ces éléments sont connus sous le nom de cellule de corrosion :

• Anode: C'est la partie de la cellule où le fer est converti en une autre substance, c'est-à-dire que c'est la zone où se produit l'oxydation ;
• Cathode: La réduction des propriétés se produit à la cathode, tandis que l'oxydation se produit à l'anode ;
• Électrolyte: Conduit le courant ionique. Exemples d'électrolyte: l'eau ou l'environnement lui-même ;
• Route métallique: Ou chemin de retour, se charge de connecter l'anode et la cathode pour permettre le passage des électrons générés dans l'anode vers la cathode.

Facteurs de la corrosion :

Les phénomènes de la corrosion dépendent d’un grand nombre de facteurs et ils peuvent être classés en quatre groupes principaux :

• Facteurs du milieu corrosif (concentration du réactif, teneur en oxygène, PH du milieu, température, pression) ;
• Facteurs métallurgiques (composition de l’alliage, procédés d’élaboration, impuretés, traitement thermique, traitement mécanique).  Ils concernent le métal (ou alliage) lui même.
  C’est sur la composition des alliages, les gammes de transformation et les traitements thermiques que les métallurgistes et les spécialistes en corrosion essaient d’obtenir la meilleure résistance à la corrosion possible ;
• Facteurs définissant les conditions d’emploi (état de surface, forme des pièces, emploi d’inhibiteur, procédés d’assemblage) ;
• Facteurs dépendant du temps (vieillissement, tensions mécanique, modification du revêtement protecteur).

Différentes formes de la corrosion : 

Corrosion généralisée ou uniforme :

 

La corrosion uniforme ou généralisée se manifeste avec la même vitesse en tous les points du métal entraînant une diminution régulière de l’épaisseur de celui-ci ou simplement un changement de coloration (ternissement).

 

Corrosion localisée :

Corrosion par piqûre :

Dans certaines conditions d’environnement, les métaux et alliages protégés par un film passif peuvent subir une attaque par piqûre, lorsqu’il se produit une rupture localisée du film. Ces piqûres se localisent en certains points de la surface métallique, elles développent de façon insidieuse et s’auto propagent : au fond de la cavité créée, l’hydrolyse des ions métalliques dissous entraîne une augmentation du degré d’acidité, ce qui entretient le phénomène de corrosion.

Corrosion intergranulaire :

C’est une attaque sélective aux joints de grains, par suite d’hétérogénéités locales : appauvrissement de l’un des constituants ou au contraire, enrichissement par suite de précipitation lors d’un traitement thermique par exemple. Il a alors création de piles locales avec dissolution des zones anodiques.

Corrosion par crevasse :

Appelée aussi corrosion caverneuse, elle est due a une différence d’accessibilité de l’oxygène entre deux zones d’une structure métallique. Il y a alors une attaque des parties métalliques les moins accessibles à l’oxygène.

Corrosion galvanique :

Il s’agit de l’attaque préférentielle de la phase la moins noble d’un alliage comportant deux phases ou de la corrosion pouvant exister entre au moins deux matériaux métalliques places dans le même environnement. Il y a formation d’une pile. En cas de couplage, plus les métaux en présence sont éloignés sur l’échelle galvanique, plus la pile formée dispose d’énergie pour provoquer les transformations. Les phénomènes de corrosion sont amplifies a la fois dans la cinétique de dégradation et dans la génération d’ions dans le milieu biologique. La partie la moins noble est l’anode et la plus noble est la cathode. Le rapport de surface anode/cathode joue un rôle très important. Il faut retenir que, plus l’anode est de petite taille, plus la vitesse de dissolution est élevée. Ce fait a une grande importance dans la pratique clinique en odontologie, en particulier lors du choix des alliages utilisés pour les réalisations prothétiques.

Corrosion et dissolution sélective :

 

C’est l’oxydation d’un composant de l’alliage, conduisant a la formation d’une structure métallique poreuse.

Corrosion par frottement :

C’est la détérioration qui se produit a l’interface entre des surfaces en contact, suite a la conjugaison de la corrosion et d’un faible glissement réciproque des deux surfaces.

Corrosion sous contrainte et fatigue-corrosion :

C’est une fissuration du métal qui résulte de l’action commune d’une contrainte mécanique (force de traction) et d’une réaction électrochimique. La corrosion sous l’effet de la fatigue est due à l’application répétée des contraintes.

 

Vitesse de la corrosion :

La vitesse de corrosion d’un métal dans un milieu corrosif dépend à la fois des caractéristiques de ces deux paramètres. La température et le PH ont une influence directe sur la vitesse de corrosion, et une influence indirecte à travers la phase aqueuse .Les conditions de flux, le film formé à la surface du métal et la pression ont une influence directe à travers la pression partielle du CO2.

 

Effet de la température :

Généralement, l’augmentation de la température accélère les phénomènes de corrosion car elle diminue les domaines de stabilité des métaux et accélère les cinétiques de réaction et de transport. L’importance de son influence diffère cependant en fonction du milieu corrosif dans lequel se trouve le matériau.

 

Effet de l’acidité :

La susceptibilité du matériau à la corrosion est fonction du PH de l’électrolyte; une forte concentration en protons dans la solution augmente l’agressivité du milieu, ce qui modifié les équilibres des réactions chimiques et électrochimiques. La corrosion augmente avec la diminution du PH du milieu.

La vitesse de corrosion est donnée par l’équation de faraday. Elle permet de déterminer la perte de métal.

m = A. I_corr .t / n.F.

 

Avec :

m : perte de masse (gramme) ;

I_corr : intensité du courant de corrosion (A) ;

t : temps ;

n : nombre de valence du métal (n = 2 pour le fer) ;

F : 96500 coulomb : nombre de faraday (C) ;

A : nombre atomique de métal (A = 55,85, pour le fer (g).

On exprime la vitesse de corrosion en perte d’épaisseur par année en millimètres (mm/an) ou en perte de masse par décimètre carré et par jour (mg/dm2.d).

Pour étudier la corrosion il est particulièrement important de connaitre l’évolution des potentiel d’électrodes quand un courant circule entre l’anode et la cathode, c’est à dire de pouvoir mesurer la variation des potentiel de l’anode et de la cathode en fonction du courant (ou de la densité de courant).