Soutenance mémoire
La corrosion des matériaux métalliques est un phénomène universellement connu qui entraîne chaque année des pertes matérielles considérables, directes et indirectes, pour l’industrie. Dans les industries pétrolières, la corrosion est considérée comme l’un des principales défaillances le plus remarquable au niveau d’un tube de canalisation en acier. Les défaillances envisagées par ce type peuvent être dangereuses, coûteuses et ont des effets graves sur l’environnement et les installations en cours. Une défaillance typique la plus éprouvée est la diminution jusqu’à un seuil critique de l’épaisseur des parois à cause de l’érosion et de la corrosion interne. De ce fait, la canalisation devient mince et perd sa caractéristique mécanique. La connaissance de la modification d’épaisseur de ces matériaux métalliques nous permettra de faire des choix éclairés de ce matériau comme matériau d’étude. D’où le présent mémoire intitulé « modélisation et simulation numérique du comportement mécanique d’un matériau métallique oxydé».
ELEMENTS DE BASE DE LA CORROSION
D’après la norme ISO 8044, la corrosion est définie comme une interaction physicochimique entre un métal et son environnement conduisant à une modification des propriétés du métal, la variation du comportement mécanique et dégradation de son environnement.
Corrosion métallique
Principe et définition
La corrosion, du latin corrodère- signifie ronger, attaquer- est une réaction d’oxydation involontaire des métaux et ses propriétés sous l’action d’agents chimiques contenus dans l’air, l’eau ou une solution aqueuse. C’est une réaction d’adsorption résultant d’un processus d’échange et de déplacement d’ions entre les métaux et le milieu environnant . Ce processus suffisamment lent et progressif contribue à la destruction massive des métaux et favorise les phénomènes suivantes : diminution de poids, altération de surface et affaiblissement des propriétés mécaniques .
Phénomène de corrosion
La corrosion métallique est caractérisée par des réactions électrochimiques que l’on appelle réaction d’oxydoréduction. Elle prend naissance lorsque deux zones du métal possèdent des potentiels électriques différents dont lesquels forment une pile électrochimique nommée pile de corrosion. Ces piles se composent en deux parties : l’une, la partie anodique ayant les potentiels les plus bas ou pôle négatif ; et l’autre, la partie cathodique possédant les potentiels les plus haut ou pôle positif. Ces deux parties sont connectées entre elles et sont en contact avec un électrolyte.
Les différents processus de la corrosion métallique
Les processus de corrosion métallique sont multiples et complexes selon le milieu d’exposition et on peut les classifier comme ci-dessous :
➤ La corrosion sèche ou chimique : c’est le résultat d’une réaction hétérogène entre une phase solide, le métal, et une phase gazeuse ou liquide. Le processus d’oxydoréduction de ce type se déroule dans le domaine atomique avec le milieu ambiant sans présence d’électrolyte et sa réaction nécessite généralement des températures élevées. Pour ce type de corrosion, la réaction qui se produit est de la forme :
A solide + B gaz → AB solide (1.1)
➤ La corrosion humide ou électrochimique: elle se produit lorsqu’il existe une hétérogénéité soit dans le métal ou dans le réactif qui est généralement liquide. L’existence de ces hétérogénéités détermine la formation d’une pile appelée pile de corrosion. En général, la corrosion électrochimique peut se faire à la température ordinaire et l’équation bilan définie comme suit :
A solide + B liquide → AB solide (1.2)
➤ La corrosion biochimique : c’est l’attaque bactérienne des métaux, en particulier, dans les canalisations enterrées.
➤ La corrosion mécanique : elle se traduit par la formation de couche de produits de corrosion et l’élimination de cette couche par abrasion due au mouvement du liquide luimême ou bien à celui des particules solides qu’il contient. Il y a alors accélération de la corrosion. On rencontrera essentiellement trois modes de corrosion dues à des effets mécaniques : la corrosion avec érosion, la corrosion avec frottement et la corrosion par cavitation .
Corrosion aqueuse
Phénomène de corrosion aqueuse
La corrosion aqueuse désigne l’altération chimique d’un matériau métallique par l’eau et /ou le dioxygène. C’est un processus électrochimique qui se présente sous deux aspects : la conduction électronique dans la phase métallique et la conduction ionique dans la phase aqueuse, appelée aussi électrolyte. La phase aqueuse peut être acide, basique ou neutre. Les réactions électrochimiques permettent les transferts de charge au niveau de l’interface entreces deux phases .
Les différentes formes de corrosion aqueuse
La corrosion aqueuse se classifie en deux formes :
● La corrosion localisée ou différentielle
● La corrosion uniforme .
La corrosion localisée
C’est une corrosion qui se déroule en un lieu spécifiquement anodique d’une surface. Elle provient d’une hétérogénéité du matériau ou de l’environnement. Cette forme de corrosion se classe comme l’aspect le plus dangereux car l’attaque se fait en certains endroits de la surface du métal mais la perte de masse est relativement faible. Les principales causes de cet aspect de corrosion peuvent être dues à des origines multiples tant au niveau du matériau qu’au niveau de l’environnement.
La corrosion localisée peut apparaître sous 9 formes :
✔ la corrosion galvanique ;
✔ la corrosion par piqûres ;
✔ la corrosion par crevasses ;
✔ la corrosion intergranulaire;
✔ la corrosion sous contrainte ;
✔ la fatigue corrosion ;
✔ la corrosion sélective ;
✔ la corrosion avec érosion et la corrosion par cavitation ;
✔ la fragilisation par l’hydrogène.
La corrosion galvanique
C’est une des formes de corrosion les plus courantes en milieu aqueux. Elle résulte de la formation de micropile qui est due à une hétérogénéité provenant soit du matériau, soit du milieu.
La corrosion par piqûres
Cette corrosion est une attaque ponctuelle qui, dans le cas de l’acier, se produit sous l’effet d’ions halogènes particulièrement les chlorures en présence d’un oxydant et qui peut aboutir à la perforation du métal. Cette corrosion progresse rapidement et peut mener en peu de temps à la destruction du matériau.
La corrosion par crevasses
Elle peut apparaître lorsqu’une pièce métallique est au contact d’un électrolyte: interstices entre matériaux de même nature, entre deux plaques rivées, les zones sous dépôts ou les joints, sous matériau isolants, etc.
La corrosion intergranulaire (intercristalline)
Cette forme de corrosion se manifeste par une attaque sélective aux joints de grains du matériau. Ce dernier s’effectue en profondeur, le long des joints de grains, ce qui conduit à une microfissure favorable à la précipitation de phases intermétalliques ou de composés métalliques tel que les carbures, ainsi qu’à la ségrégation d’impureté en solution solide.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Partie I : ANALYSES BIBLIOGRAPHIQUES
Chapitre I : ELEMENTS DE BASE DE LA CORROSION
Chapitre II : ETUDE ANALYTIQUE DE LA CORROSION DES PIPELINES
Chapitre III : RAPPEL SUR LA THEORIE D’ELASTICITE LINEAIRE
Chapitre IV : METHODE DES ELEMENTS FINIS
Partie II : ETUDES EXPERIMENTALES, MODELISATION ET SIMULATION NUMERIQUE
Chapitre V : ETUDES EXPERIMENTALES
Chapitre VI : PROCEDURE DE LA MODELISATION DU PROBLEME D’ELASTICITE BIDIMENSIONNELLE PAR ELEMENTS FINIS
Chapitre VII : SIMULATION NUMERIQUE DE LA DEFORMATION D’UN MATERIAU METALLIQUE OXYDE DANS L’ENVIRONNEMENT MATLAB ET COMSOL
CONCLUSION GENERALE
ANNEXES
REFERENCES WEBOGRAPHIQUES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
