Soutenance mémoire
L’acier est un matériau bien connu et largement utilisé dans diverses industries en raison de ses bonnes propriétés thermiques et mécaniques. Les solutions acides sont largement utilisées dans les processus industriels tels que le décapage, le nettoyage et le détartrage [1]. Ces solutions peuvent provoquer des problèmes de corrosion des structures métalliques entraînant de graves pertes économiques. Leur utilisation nécessite une prévention contre la corrosion. Les méthodes utilisées, pour inhiber la corrosion, doivent être évaluées en fonction des paramètres particuliers du système. Parmi les moyens de lutte contre la corrosion, l’utilisation des inhibiteurs représente la méthode la plus efficace et la plus économique [2]. Un grand nombre, de composés organiques, a été examiné pour étudier leur potentiel d’inhibition à la corrosion. En particulier, les composés hétérocycliques, constitués d’atomes comme (N, S, O…..), ont généralement une bonne efficacité d’inhibition [3]. Pourtant, la majorité d’entre eux sont toxiques, onéreux et très dangereux pour l’Homme et l’environnement.
Les nouvelles directives européennes concernant les rejets industriels étant de plus en plus sévères en termes d’écologie, la mise au point d’inhibiteurs de corrosion éco compatibles et biodégradables devient, de nos jours, un enjeu important. Les recherches actuelles, s’orientent vers l’élaboration de molécules organiques non toxiques, qui peuvent également offrir des propriétés inhibitrices, vis-à-vis des métaux et des alliages, afin de remplacer partiellement ou totalement les inhibiteurs traditionnels. Plusieurs recherches récentes ont montré que l’utilisation des médicaments, comme inhibiteurs verts, respectueux de l’environnement et biodégradables, donne de bonnes efficacités inhibitrices, grâce à la diversité de leurs groupements fonctionnels qui forment des complexes chélates insolubles avec les atomes du métal [4]. Ainsi, le recyclage et la valorisation, des médicaments périmés, ont fait l’objet de plusieurs recherches. Par conséquent, pour des raisons économiques et environnementales, plusieurs médicaments périmés ont été utilisés comme des inhibiteurs de corrosion des différents métaux [5]. Dans ce contexte, l’étude de l’inhibition de la corrosion de l’acier ordinaire par des médicaments périmés en milieu acide est un sujet d’actualité.
La corrosion est d’une importance primordiale puisqu’elle touche plusieurs domaines (industriels, domestiques, sécurité sanitaire, environnement) et entraîne d’immenses pertes économiques et humaines. Malgré les progrès technologiques, la corrosion cause toujours un grand nombre de dommages pour les pays en développement et même les pays développés. Le coût de la corrosion recouvre l’ensemble des moyens de lutte contre cette dernière, pour pallier aux conséquences directes et indirectes, selon les secteurs concernés. En effet, en termes de protection contre la corrosion, des mesures préventives s’orientent vers des procédés et des produits durables, efficaces, moins onéreux et de plus en plus respectueux de l’environnement.
Généralités sur la corrosion
La corrosion est la détérioration des matériaux par interaction physico-chimique avec leur environnement, entraînant des modifications des propriétés du matériau (physicochimiques et mécaniques); ce qui le rend inutilisable pour une application prévue [1]. En solution aqueuse, la corrosion est plus importante et résulte de la simultanéité d’aux moins deux réactions électrochimiques (anodique et cathodique).
La réaction anodique correspond à la dissolution du métal :
? → ??+ + ??−
Alors que la réaction cathodique implique la formation d’ion hydroxyle ou dégagement d’hydrogène. Les demi- réactions suivantes sont probables :
➤ En milieu désaéré (réduction de l’hydrogène) :
2?+ + 2?− → ?2
➤ En milieu aéré (réduction de l’oxygène) :
1/2 ?2 + ?2? + 2?− → 2??−
Facteurs influençant la corrosion
La corrosion est une propriété naturelle de la plupart des métaux sauf l’argent, l’or et le platine. Dont la vitesse de corrosion dépend d’un grand nombre de facteurs [4]:
➤ Nature et composition du métal (hétérogénéité cristalline ; impuretés)
➤ Le milieu corrosif : pH, concentration, température, pression, teneur en gaz dissous.
➤ Les conditions d’emploi : état de surface, forme des pièces, sollicitation.
Lutte contre la corrosion par l’utilisation d’inhibiteurs
Généralités sur les inhibiteurs de corrosion
L’utilisation des inhibiteurs de corrosion, représente la méthode la plus efficace et la plus économique pour divers métaux et alliages [14,15]. Cette méthode offre la possibilité d’agir sur l’environnement du métal. Cependant, les autres méthodes de protection agissent sur le métal lui-même, qui nécessite un arrêt des installations pour effectuer les réparations (remplacer des équipements et matériels corrodés). Ceci implique une charge financière très élevée et des pertes de temps et d’argent. Les composés organiques hétérocycliques, sont les plus fréquemment utilisés comme inhibiteurs de corrosion de divers métaux, dans les milieux acides. En particulier les composés constitués des hétéroatomes comme (N, S, O) présents dans différentes positions de la structure moléculaire à savoir : leur cycle aromatique, leur chaîne carbonée et les groupements fonctionnels (–C = C–, –OR, –OH, –NR 2, –SR) .
Définition et propriétés
Selon la norme ISO 8044, un inhibiteur est une “substance chimique ajoutée au système de corrosion à une concentration choisie pour son efficacité ; celle-ci entraîne une diminution de la vitesse de corrosion du métal sans changer de manière significative la concentration d’aucun agent corrosif contenu dans le milieu agressif ” [17].
Les inhibiteurs de corrosion sont généralement minéraux ou organiques, ajoutés à de faible concentration dans un milieu corrosif, qui réduit efficacement l’agressivité du milieu en interférant directement dans les réactions de corrosion [18,19]. Cette définition n’est pas unique, mais d’une manière générale un inhibiteur doit donc vérifier quelques propriétés fondamentales telles que :
➤ Diminution de la vitesse de corrosion du métal sans modifier les caractéristiques physico-chimiques de ce dernier ;
➤ Être non seulement stable en présence des autres constituants du milieu, mais également ne pas influer sur la stabilité des espèces contenues dans le milieu ;
➤ Être non-toxique ;
➤ Respectueux de l’environnement ;
➤ Peu couteux ;
➤ Disponible.
Classes d’inhibiteurs
Il existe plusieurs critères pour classer les inhibiteurs de corrosion [20] :
➤ La formulation des inhibiteurs.
➤ La réaction électrochimique inhibée.
➤ Leur domaine d’application.
➤ Le mécanisme réactionnel mis en jeu.
Néanmoins, cette classification n’est pas toujours satisfaisante. Ainsi, certains inhibiteurs appartiennent à plusieurs classes.
Classification selon la formulation des inhibiteurs
Inhibiteurs organiques
Ce type d’inhibiteur est généralement utilisé en milieu acide. Il comporte une partie non polaire, hydrophobe, constituée d’une ou plusieurs chaînes hydrocarbonées et une partie polaire, hydrophile, constituée d’un ou plusieurs groupements fonctionnels: amine (-NH2), hydroxyle (-OH), mercapto (-SH), phosphonate (-PO3H2), sulfonate (-SO3H), carboxyle (-COOH) et leurs dérivés. En outre les composés organiques hétérocycliques, constitués d’atomes comme (N, S, O.…), ont une bonne efficacité d’inhibition, ces hétéroatomes agissent sur le processus d’adsorption en formant une barrière compacte sur le métal [21].
Plusieurs études ont montré que l’adsorption des inhibiteurs organiques dépend principalement des propriétés chimiques de la molécule : groupements fonctionnels, effets stérique des atomes et la densité électronique des hétéroatomes [22,23]. Où le processus d’adsorption consiste à remplacer les molécules d’eau adsorbées sur une surface métallique par des molécules d’inhibiteur organique selon le processus suivant :
Org(sol) + n H2O (ads) → Org(ads) + n H2O (sol)
Inhibiteurs minéraux
Ils sont utilisés en milieu neutre ou alcalin mais rarement en milieu acide. La dissociation de ses molécules donne des anions ou des cations qui sont efficaces en tant qu’inhibiteurs de corrosion. Les principaux anions inhibiteurs sont les oxo-anions de type (XO4n- ) tels les chromates, molybdates, phosphates, silicates, …etc. Les cations sont essentiellement Ca2+ et Zn2+ et ceux qui forment des sels insolubles avec certains anions tels que les hydroxyles (OH- ). Malgré l’efficacité élevée de ces composés, leur utilisation est limitée à cause de leur toxicité, ainsi que leur coût élevé. Par conséquent, il est nécessaire de développer des inhibiteurs de corrosion respectueux de l’environnement pour remplacer les inhibiteurs inorganiques, partiellement ou totalement .
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Table des matières
Introduction générale
CHAPITRE I Etude bibliographique
I.1. Introduction
I.2.Généralités sur la corrosion
I.2.1. Facteurs influençant la corrosion
I.2.2. Les types de corrosion
I.2.2.1. Corrosion chimique
I.2.2.2. Corrosion électrochimique
I.2.2.3. Corrosion biologique
I.2.3. Aspect morphologique de la corrosion
I.2.3.1. Corrosion généralisée
I.2.3.2. Corrosion localisée
I.2.3.2.1. Corrosion par piqûres
I.2.3.2.2. Corrosion galvanique
I.2.3.2.3. Corrosion caverneuse
I.2.3.2.4. Corrosion intergranulaire
I.2.3.2.5. Corrosion par érosion
I.2.3.2.6. Corrosion sous contrainte
I.2.3.2.7. Corrosion sélective
I.2.3.2.8. Fragilisation par l’hydrogène
I.3. Lutte contre la corrosion par l’utilisation d’inhibiteurs
I.3.1. Généralités sur les inhibiteurs de corrosion
I.3.2. Définition et propriétés
I.3.3. Classes d’inhibiteurs
I.3.3.1. Classification selon la formulation des inhibiteurs
I.3.3.1.1. Inhibiteurs organiques
I.3.3.1.2. Inhibiteurs minéraux
I.3.3.2. Classification selon la réaction électrochimique inhibée
I.3.3.2.1. Les inhibiteurs anodiques
I.3.3.2.2. Les inhibiteurs cathodiques
I.3.3.2.3. Les inhibiteurs mixtes
I.3.3.3. Classification selon leur domaine d’application
I.3.3.4. Classification selon le mécanisme réactionnel mis en jeu
I.3.3.4.1. Les inhibiteurs agissant par adsorption
I.3.3.4.2. Les inhibiteurs agissant par passivation
I.3.3.4.3. Les inhibiteurs agissant par précipitation
I.3.4. Type d’adsorption
I.3.4.1. Adsorption physique
I.3.4.2. Adsorption chimique
I.4. Inhibition de la corrosion par les inhibiteurs verts
I.4.1. Les médicaments
I.4.2. Les extraits de plantes
I.4.3. Les liquides ioniques
I.5. Utilisation des médicaments comme inhibiteurs de corrosion
I.5.1. Médicaments utilisés comme inhibiteurs de corrosion pour l’acier ordinaire dans différents milieux acides
I.5.2. Utilisation des antibiotiques non périmés comme inhibiteurs verts
I.5.3. Cas des médicaments périmés
I.5.4. Effet synergique des médicaments et des iodures de potassium
Références bibliographiques
CHAPITRE II Techniques et Conditions Expérimentales
II.1.Introduction
II.2. Méthodes expérimentales
II.2.1. Méthode gravimétrique
II.2.2. Méthodes électrochimiques
II.2.2.1.Techniques stationnaires
II.2.2.1.1. Suivi du potentiel à circuit ouvert (OCP)
II.2.2.1.2. Courbes de polarisation
II.2.2.2. Techniques transitoires
II.2.2.2.1. Spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE)
II.2.2.2.2. Représentation traditionnelle des données
II.2.2.2.3. Interprétation des diagrammes de Nyquist et circuits électriques équivalents
II.2.2.2.4. Méthode du potentiel à zéro charge (PZC)
II.2.3. Détermination des grandeurs thermodynamiques
II.3. Caractérisations Spectroscopiques
II.3.1. Spectroscopie FTIR (Transformation de Fourrier -Infrarouge)
II.3.2. Microscopie électronique à balayage (MEB)
II.3.3. Microscopie à Force Atomique (AFM)
II.4.Montage électrochimique
II.4.1.Matériau d’étude
II.4.2 Milieux d’étude
II.4.3. Inhibiteur d’étude
II.4.4 Conditions expérimentales
Références bibliographiques
CHAPITRE III .Résultats et discussion
III. Introduction
III.A Etude de l’effet inhibiteur de l’A.P sur la corrosion de l’acier ordinaire dans HCl à 1M
III.A.1. Caractérisation de l’inhibiteur par F.T.I.R
III.A.2. Etude gravimétrique
III.A.2.1. Influence du temps d’immersion sur la vitesse de corrosion
III.A.2.2. Isothermes d’adsorption et paramètres thermodynamiques
III.A.3. Etude électrochimique
III.A.3.1. Suivi du potentiel à circuit ouvert (OCP)
III.A.3.2. Diagrammes d’impédance électrochimique
III.A.3.3. Courbes de polarisation potentiodynamique
III.A.4. Comparaison entre les différentes méthodes utilisées
III.A.5. Mécanisme de l’inhibition de l’AP par la méthode (PZC)
III.A.6. Etude morphologique
III.A.6.1. Observations microscopiques par MEB
III.A.6.2. Observations microscopiques par AFM
III.B.
Effet synergique (AP + KI) sur la corrosion de l’acier ordinaire
dans HCl à1M
III.B.1. Diagrammes d’impédance électrochimique
III.B.2. Paramètre de synergie (s)
III.B.3. Isothermes d’adsorption
III.B.4. Mécanisme d’action de l’A.P. par la méthode PZC
III.B.5. Effet de la température
III.B.6. Calculs des paramètres thermodynamiques
III.B.7. Observations microscopiques par MEB
III.C. Etude de l’effet inhibiteur de l’A.P. sur la corrosion de l’acier ordinaire dans H2 SO4 à 0,5M
III.C.1. Suivi du potentiel à circuit ouvert (OCP) de l’acier ordinaire dans 0.5M H2SO4
III.C.2. Spectroscopie d’Impédance Electrochimique (SIE)
III.C.3. Polarisation potentiodynamique
III.C.4. Etude gravimétrique
III.C.5. Isothermes d’adsorption et paramètres thermodynamiques
III.C.6. Méthode du potentiel à zéro charge (PZC)
III.C.7. Effet de la température
III.C.8. Calculs des paramètres thermodynamiques
III.C.9. Observations microscopiques par MEB
III.D. Effet synergique (A.P + KI) sur la corrosion de l’acier ordinaire dans H2SO4 à 0,5M
III.D.1. Diagrammes d’impédance électrochimique
III.D.2. Courbes de polarisation potentiodynamique
III.D.3. Paramètre de synergie
III.D.4. Observations microscopiques par MEB
Références bibliographiques
Conclusion Générale
