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Notions sur la corrosion
Le terme corrosion trouve son origine dans le mot latin « corrodere » qui signifie «ronger». La définition donnée par les dictionnaires traditionnels fait référence à la fois à l’action de corroder ; mais aussi au résultat de cette action.
La norme ISO 8044 (1999) «Corrosion des métaux et alliages – Termes principaux et définitions» définit la corrosion comme étant une «interaction physico-chimique entre un métal et son milieu environnant entraînant des modifications dans les propriétés du métal et souvent une dégradation fonctionnelle du métal lui-même, de son environnement ou de son système technique constitué par les deux facteurs»; tout en précisant que cette interaction est généralement de nature électrochimique . Une autre définition, considère que ce phénomène n’est autre que le retour des métaux et alliages à leurs états naturels de minerais. En tous cas, quelle que soit la définition choisie, la corrosion est une dégradation, elle est dite sèche, lorsque le métal est en contact direct avec l’air, elle apparait en outre dans les environnements humides.
La corrosion des armatures dans le béton ne peut se produire que lorsque certaines conditions physiques sont réunies (l’existence de condition qui tend à dissoudre localement le fer métallique afin de former des produits plus stables (oxydes,hydroxydes…))
Moyens de protection contre la corrosion des armatures dans le béton
Il existe plusieurs moyens de lutte contre la corrosion des armatures dans le béton, celles-ci se diversifient suivant le degré de dégradation, le milieu environnant et les conditions hygrométriques.
La protection cathodique
Principe de la protection cathodique. Les armatures dans un béton sain sont protégées naturellement contre la corrosion grâce à son alcalinité. Cependant, cette passivation peut disparaitre lorsque l’enrobage du béton subit des altérations, notamment d’origine chimique.
La protection cathodique des armatures permet de ralentir ou même d’arrêter cette corrosion, grâce à l’application d’une polarisation qui abaisse le potentiel des aciers jusqu’à atteindre une valeur dite potentiel de protection, qui est telle que la vitesse de corrosion de l’acier devient négligeable.
Cette polarisation est assurée à l’aide d’une anode placée sur le parement du béton durci ou parfois dans l’enrobage. Le courant de polarisation qui circule de l’anode vers l’armature, se situe entre 2 et 50 mA/m2 de surface de l’armature. Il existe deux techniques de protection cathodique :
Par courant imposé : cette technique consiste en l’installation d’un poste de soutirage muni d’une source d’énergie, d’un déversoir en masse anodique composé d’anodes enfouies ou immergées, d’un câble de liaison et d’un coffret de mesure et accessoires de pose. Les métaux principalement utilisés sont l’acier, des alliages Fer/Silicium/Chrome, du Titane recouvert d’oxydes de métaux mixtes. Le courant sort des anodes (pôle + du redresseur) et entre dans l’ouvrage (pôle – du redresseur) pour abaisser son potentiel électrochimique .
Par anode sacrificielle (courant galvanique) : l’anode, en alliage correctement sélectionné, est directement reliée à l’armature. Le potentiel de l’ouvrage diminue alors que celui de l’anode augmente. L’ouvrage se trouve plus cathodique, donc se corrode moins vite que s’il était seul, et les anodes se corrodent beaucoup plus rapidement .
Ces anodes sont généralement en titane, en zinc, magnésium et aluminium. Après leur mise en place, les anodes en titane sont enrobées de mortier (d’une épaisseur supérieure à 20 mm).
Protection par revêtements
Protection des aciers par Galvanisation : La galvanisation de l’acier est une technique utilisée depuis très longtemps pour lutter contre la corrosion atmosphérique. Elle est maintenant appliquée aux armatures du béton.
Le zinc étant un métal anodique par rapport à l’acier, il subit une attaque préférentielle et protège le fer, une protection supplémentaire peut être obtenue par les oxydes ou les sels formés. La galvanisation à chaud est en général utilisée pour une tenue à la corrosion de longue durée.
Revêtement de la surface du béton :
Les revêtements de la surface du béton par l’application de peinture sur les parements des ouvrages de génie civil ont en général pour principaux objectifs :
D’améliorer l’esthétique de l’ouvrage par la mise en couleur ou la création de motifs décoratifs, en vue de lui donner un aspect particulier ou d’homogénéiser lorsque nécessaire, la teinte de ses parements, De contribuer à la protection du béton : la mise en place d’un système de peinture en couche mince, dans la mesure où il apporte une amélioration de l’imperméabilité du support peut permettre de ralentir la pénétration de l’humidité extérieure et d’améliorer ainsi la durabilité du béton. Ainsi les ouvrages concernés sont essentiellement les tunnels, les murs de soutènement, les écrans antibruit et dans certains cas les ponts.
Définition des inhibiteurs de corrosion
Un inhibiteur de corrosion est un composé chimique liquide incolore, prêt à l’emploi (organique ou inorganique) qui ajouté en faible concentration au milieu corrosif, diminue sensiblement ou stoppe le processus de corrosion d’un métal placé dans ce milieu .
La National Association of Corrosion Engineers (NACE) définit les inhibiteurs comme : “Une substance chimique qui diminue le taux de corrosion en présence dans un système decorrosion à concentration convenable, sans changer considérablement la concentration de tout autre agent de corrosion” .
Ses fonctions essentielles sont les suivantes : de pénétrer à travers la couche du béton, de diminuer la vitesse de corrosion du métal, sans affecter ses propriétés (ni celles du milieu environnant), d’être stable dans le milieu considéré et compatible avec celui-ci, à la température d’utilisation, de ne pas être toxique.
L’imprégnation en phase aqueuse à base d’inhibiteur de corrosion migre dans les bétons et se fixe à la surface des aciers en formant un film protecteur tout en assurant un effet curatif ou préventif et prolonge la durée de vie des ouvrages en béton armé .
Les types d’inhibiteurs de corrosion
Les inhibiteurs de corrosion peuvent être classifiés suivant divers critères : Suivant leurs natures chimiques, on distingue :
Les inhibiteurs organiques
Les molécules organiques sont promises à un développement plus que certain en termes d’inhibiteur de corrosion: leur utilisation est actuellement préférée à celles des inhibiteurs inorganiques pour des raisons d’écotoxicité essentiellement .
À partir d’une molécule «mère» possédant une certaine efficacité, il est toujours possible de synthétiser des composés de plus en plus complexes dans le but d’améliorer l’efficacité inhibitrice ou encore certaines propriétés physiques (solubilité en milieu aqueux ou non aqueux, pouvoir mouillant, température d’ébullition…). Ils possèdent au moins un centre actif susceptible d’échanger des électrons avec le métal, tels que l’azote, l’oxygène, le phosphore ou le soufre. Les groupes fonctionnels usuels, permettant leur fixation sur le métal, sont : La fonction amine (-NH2), La fonction thiol (-SH), La fonction alcool (-OH), la fonction carboxyle (-COOH) .
Parmi les inhibiteurs de corrosion organiques, on distingue les amines, les alkanolamines, leurs sels avec acides dérivés.
Les Inhibiteurs inorganiques (minéraux)
Les inhibiteurs minéraux sont utilisés en milieu neutre ou alcalin mais rarement en milieu acide. Ce sont souvent leurs produits de dissociation (anions ou cations) qui sont efficaces en tant qu’inhibiteurs de corrosion. Bien que de nombreux inhibiteurs inorganiques, tels que les nitrites et les chromates, soient connus pour leur efficacité en milieu béton, nombreux soient les inconvénients qui limitent leur utilisation du fait de leur toxicité, de leurs mécanismes d’inhibition aux sites anodiques .
Les principaux anions inhibiteurs sont les oxo anions de type X04n- tels les chromates, molybdates, phosphates, silicates.
Les Inhibiteurs verts
Les inhibiteurs verts sont souvent des huiles ou bien des extraits obtenus des plantes : des écorces, des racines, des feuilles, des graines, puisqu’elle est constituée d’un mélange de composés qui appartiennent aux différentes classes de produits comme les phénols, les hydrocarbures, les alcools, les aldéhydes, les cétones, etc. Ces inhibiteurs à base d’extraits de plantes ont un caractère non toxique .
Connus comme amis de la nature, en plus de leur disponibilité abondante, leur emploi est privilégié par rapport aux autres produits chimiques.
Estimation de L’efficacité inhibitrice
L’efficacité de l’inhibiteur est exprimée par une mesure de son pouvoir protecteur. En général, l’efficacité d’un inhibiteur augmente avec une augmentation de la concentration de l’inhibiteur. Au fil des années, des méthodes avancées d’essais sur les inhibiteurs de corrosion, typiquement conçues pour reproduire les conditions les plus extrêmes d’un système, ont été utilisées pour améliorer les capacités d’inhibition de la corrosion.
Des inhibiteurs de corrosion nouveaux et de meilleure qualité ont été développés en raison de leurs performances comparables sur le terrain. L’incapacité de transférer la performance de l’inhibiteur du laboratoire au chantier reste un défi aujourd’hui. Cependant, la corrélation des performances au laboratoire et sur le terrain peut être possible une fois que les facteurs clés impliqués dans la chimie des inhibiteurs et la théorie de la corrosion sont pris en compte .
De ce fait, l’application des inhibiteurs de corrosion sur des structures réelles existantes a été aussi entamée ces dernières décennies que ce soit dans un cadre préventif ou réparateur des dégradations causées par la corrosion. La valeur de l’efficacité inhibitrice dépend de la méthode d’évaluation utilisée .
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre I :Généralités sur la corrosion des armatures
I-1Introduction
I-2Notions sur la corrosion
1-2-1Définition
1-2-2 Historique
I-3Moyens de protection contre la corrosion des armatures dans le béton
1-3-1La protection cathodique
1-3-2Protection par revêtements
1-3-3Protection par inhibiteurs
I-4Utilisation des inhibiteurs de corrosion dans le béton
1-4-1Définition des inhibiteurs de corrosion
1-4-2 Les types d’inhibiteurs de corrosion
1-4-3 Estimation de L’efficacité inhibitrice
1-5 Conclusion
Chapitre II :Méthodes de mesure de la corrosion
II-1 Introduction
II-2 Estimation de la corrosion par mesures non destructives
II-2-1 Introduction
II-2-2 Inspection visuelle
II-2-3Méthodes électrochimiques
II-2-4Méthodes à ondes élastiques
II-2-5Méthodes électromagnétiques
II-2-6Thermographie infrarouge
II-2-7Méthodes de détection optique
II-3 Méthodes statiques (Gravimétrie)
II-3-1 Définition
II-3-2 Evaluation de la corrosion
II-4 Méthodes électrochimiques
II-4-1 Introduction
II-4-2 Définition de la méthode électrochimique
II-4-3 Mesures du potentiel à circuit ouvert
II-4-4 Mesures potentiostatiques
II-4-5 Mesures potentiodynamiques
II-4-6 Polarisation linéaire
II-4-7 Spectroscopie d’impédance électrochimique
II-5. Conclusion
Chapitre III : Mesures d’Analyse de surface
III-1 Introduction
III-2 Définition de l’analyse de surface
III-3 Mesures d’analyse de surface
III-3-1Techniques d’analyse chimique
III-3-2Techniques d’analyse physique
III-4 Synthèse bibliographique sur les techniques d’analyse de surface
III-5 Conclusion
Chapitre IV : Nouvelles méthodes d’évaluation de la corrosion
IV-1Introduction
IV-2 Les mesures chromatoghraphiques
IV-2-1 Définition
IV-2-2Chromatographie à échange d’ions
IV-3 Théorie de la densité fonctionnelle (DFT)
IV-3-1 Définition
IV-3-2 Principe
IV-3-3 Paramètres de base dérivés du DFT et leur application à la conception d’inhibition de la corrosion
IV-3-4 Les résultats obtenus en utilisant la théorie de la densité fonctionnelle (DFT)
IV-4 Méthode d’évolution d’hydrogène
IV-4-1 Définition
IV-4-2 Objectif de la méthode
IV-4-3 Méthode expérimentale
IV-4-4 Résultats obtenus en utilisant la méthode d’évolution d’hydrogène
IV-5 La simulation dynamique moléculaire (MDS)
IV-5-1 Définition
IV-5-2 principe de la méthode
IV-5-3 Résultats obtenus en utilisant la simulation dynamique moléculaire
IV-6 Conclusion
Conclusion Générale
Références Bibliographiques
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