Soutenance mémoire
Les aciers inoxydables jouent un grand rôle dans d’innombrables domaines, par rapport aux autres alliages métalliques : vie quotidienne, industrie mécanique, agroalimentaire, chimie, transports, médecine, chirurgie… etc., grâce à leur durabilité et leur résistance à la corrosion qui est due à la présence de l’élément d’alliage chrome, qui forme un film passif d’oxyde. Ce sont des alliages de fer et de carbone, auxquels on ajoute essentiellement le chrome qui, au-delà de 12 à 13 % en solution dans la matrice, produit la résistance souhaitée à l’oxydation. Les aciers inoxydables sont actuellement les matériaux les plus largement appliqués dans des environnements corrosifs, à différentes températures. Parmi les nombreuses nuances d’aciers inoxydables, l’acier l’AISI 410 qui appartient à la classe des aciers inoxydables martensitiques (MSS), ce sont des alliages fer-chrome avec un pourcentage en Cr> 10,5% (en poids) et présentent une résistance et une dureté élevées à un coût relativement faible. Les MSS sont généralement utilisés comme instruments chirurgicaux, dans la fabrication des outils de coupe, les soupapes, dans la production et le raffinage du pétrole…..etc. Ils sont moins résistants à la corrosion que les autres types d’aciers inoxydables. Cette dernière a un inconvénient majeur, qui réside en la détérioration des instruments dentaires.
NOTIONS DE BASE SUR LA CORROSION
La corrosion est un phénomène qui existe depuis que l’Homme a réussi à préparer des métaux qui ne se trouvaient pas à l’état natif dans l’environnement. Du point de vue économique, la corrosion est un problème autant dangereux que couteux en termes de perte de matière et de méthodes de protection. En chiffres, les pays industrialisés perdent 6 à 10% de leur produit intérieur brut (PIB) à cause des endommagements résultants de la corrosion [1]. Aux États-Unis, les estimations actuelles suggèrent que les coûts de la corrosion atteignent plus de 500 milliards de dollars chaque année [2]. La perte économique globale, due à la corrosion estimée par l’Association Nationale des Ingénieurs de la Corrosion (NACE) en 2016, est d’environ 2,5 trillions de dollars.
L’étude de la corrosion englobe plusieurs domaines tels que : l’électrochimie, la physique du solide, la métallurgie, la chimie, la physique, la thermodynamique…etc., outre son intérêt scientifique interdisciplinaire, elle répond à un enjeu industriel important. En odontologie, il est primordial d’étudier et de comprendre le phénomène de la corrosion, car le matériel et les alliages utilisés peuvent être affectés et endommagés à cause de la corrosion qui présente des conséquences non négligeables sur la pérennité et la résistance du matériel dentaire. A ces conséquences directes du phénomène s’ajoutent des effets indirects, tels que les problèmes liés au caractère allergisant de certains ions métalliques ou à la toxicité. La prévention de la durée de vie des instruments dentaires est un sujet très sensible qui doit être pris en compte avec précaution.
Définition
D’après le dictionnaire ‘Petit Robert’, la corrosion est l’action de corroder, détruire lentement, progressivement, par une action chimique. La corrosion, du latin corrodere, signifie ronger, attaquer. La corrosion peut être définie comme un phénomène de destruction de la surface d’un métal ou d’un alliage par des agents chimiques et/ou phénomènes électriques [3]. La corrosion est une réaction interfaciale irréversible d’un matériau avec son environnement qui implique une consommation de matériau ou une dissolution dans le matériau d’une composante de l’environnement [4]. Cette dernière peut être provoquée par le contact du matériau métallique sous une atmosphère humide, ou immergé en eau douce / saline, ou situé dans des sols contenant des solutions agressives [5].
Nous pouvons donc généraliser la définition de la corrosion: la corrosion résulte de l’interaction physico-chimique entre un métal et son environnement (milieu), elle est irréversible et entraîne une dégradation du matériau et de ses propriétés.
Processus de corrosion
Les processus de corrosion sont des réactions hétérogènes chimiques et électrochimiques se produisant à la surface du matériau.
Corrosion chimique
La corrosion chimique est une réaction hétérogène entre une phase solide, le métal, et une phase liquide ou gazeuse. Si le réactif est gazeux, il s’agit d’une corrosion sèche, si le réactif est liquide, il se produit une attaque du métal avec formation d’un produit de corrosion à la surface [6]. La corrosion chimique est non conductrice d’électricité [7], telle que l’influence de l’oxygène sur la corrosion du fer, ce dernier se corrode en surface en formant une couche d’oxyde qui n’est pas étanche, sous l’effet de la température, ce qui permet à l’oxygène de pénétrer en profondeur et ainsi l’attaque se poursuit jusqu’à la destruction totale.
Corrosion électrochimique
Elle se produit en formant une pile lorsqu’il y a une hétérogénéité dans le métal ou le réactif. Appelée aussi corrosion humide [8]. La corrosion des métaux est due à une réaction d’oxydoréduction irréversible entre le métal et un agent oxydant contenu dans l’environnent. L’oxydation du métal implique la réduction de l’agent oxydant [9]:
Métal + agent oxydant → métal oxydé + agent réducteur.
Aspect morphologique de la corrosion
La corrosion étant fréquemment visuelle, elle peut être divisée, en deux grandes classes :
❖ Corrosion généralisée ;
❖ Corrosion localisée.
Corrosion généralisée
La corrosion généralisée est la plus répandue. Elle s’étale sur toute la surface de l’objet exposé à l’environnement. Elle se caractérise par l’intervention d’un seul métal où toute la surface est simultanément anode et cathode, c’est à dire que les électrons fournis par l’oxydation à l’anode seront repris à la cathode à travers le métal lui-même (figure I.2). L’emplacement de l’anode et de la cathode change à tout moment, ce qui rend toute la surface du métal, susceptible de se corroder [12].
Corrosion localisée
La corrosion localisée est due à une hétérogénéité du matériau ou de l’environnement. On désigne par corrosion localisée toute manifestation agressive de l’environnement en des sites préférentiels d’une surface métallique. Ces sites préférentiels correspondent à des zones anodiques par opposition aux parties non attaquées cathodiques. Il existe différentes ormes de corrosion localisée que nous allons détailler, la corrosion par piqûres, la corrosion galvanique, la corrosion par aération différentielle, la corrosion sélective…etc.
Corrosion par piqûres
La corrosion par piqûres se caractérise par la formation de cavités à la surface du métal de profondeurs variables [13,14], de l’ordre de millimètres mais qui généralement ne dépassent pas plusieurs dizaines, à quelques centaines de micron mètres de diamètre (figure I.3). Elle s’amorce habituellement sur la partie supérieure d’une surface horizontale et se propage presque verticalement vers le bas. Ce type de corrosion est produit par des anions, principalement par les ions chlorures [15]. L’apparition et la présence des défauts, dans la couche passive, développent la corrosion de celle-ci. La perturbation de la surface par ses hétérogénéités permet de créer des micros zones non protégées qui sont anodiques (dissolution du métal). La corrosion par piqûres se produit sur tous les métaux passifs dans des milieux suffisamment agressifs à partir d’un certain potentiel appelé potentiel de piqûre ou de rupture. Pour que ce type d’attaque se produise, trois étapes successives (piqûres embryonnaires, piqûres stables, dommages irréversibles) doivent être franchies avec un certain nombre de conditions, pour chacune d’elles [16]. Les sites d’initiation de piqûres susceptibles d’être des zones privilégiées d’amorce de piqûres sont les inclusions non métalliques, les précipités, les dislocations et les joints de grains.
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Table des matières
Introduction générale
CHAPITRE I. Synthèse bibliographique
I.1. Notions de base sur la corrosion
I.1.1. Introduction
I.1.2. Définition
I.1.3. Processus de corrosion
I.1.3.1. Corrosion chimique
I.1.3.2. Corrosion électrochimique
I.1.4. Aspect morphologique de la corrosion
I.1.4.1. Corrosion généralisée
I.1.4.2. Corrosion localisée
I.1.4.2.1. Corrosion par piqûres
I.1.4.2.2. Corrosion galvanique
I.1.4.2.3. Corrosion intergranulaire
I.1.4.2.4. Corrosion caverneuse
I.1.4.2.5. Corrosion sous contraintes
I.1.4.2.6. Corrosion – érosion
I.1.4.2.7. Corrosion sélective
I.1.5. Facteurs influençant la corrosion
I.1.5.1. Facteurs liés au milieu
I.1.5.2. Facteurs métallurgiques
I.1.6. Les aciers inoxydables et leur corrosion dans des milieux corrosifs
I.1.6.1. Définition des aciers inoxydables
I.1.6.2. Différents types d’aciers inoxydables
I.1.6.3. Corrosion des aciers inoxydables
I.1.6.4. Utilisation des aciers inoxydables dans le domaine biomédical
I.1.7. L’effet de la stérilisation sur les instruments chirurgicaux
I.2. Lutte contre la corrosion
I.2.1. Généralités sur les inhibiteurs de corrosion
I.2.2. Définition et propriétés
I.2.3. Types d’inhibiteurs
I.2.3.1. Classification selon la nature de l’inhibiteur
I.2.3.2. Classification par réaction partielle (anodique, cathodique, mixte)
I.2.3.3. Classification selon le domaine d’application
I.2.3.4. Classification par mécanisme réactionnel
I.2.4. Les types d’adsorption
I.2.4.1. Adsorption physique
I.2.4.2. Adsorption chimique
I.2.5. Les inhibiteurs verts
Références bibliographiques
CHAPITRE II. Techniques et Conditions Expérimentales
II.1. Introduction
II.2. Méthodes expérimentales
II.2.1. Méthode de la perte de mass
II.2.2. Techniques électrochimiques
II.2.2.1. Les méthodes électrochimiques stationnaires
II.2.2.1.1. Suivi du potentiel d’abandon au cours du temps
II.2.2.1.2. Les méthodes électrochimiques stationnaires (La polarisation potentiodynamique)
II.2.2.2. Les méthodes électrochimiques 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
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.4.1.1. Composition chimique de l’acier
II.4.1.2. Les propriétés mécaniques de l’acier d’étude
II.4.2. Milieux d’étude
II.4.3. Inhibiteurs d’étude
II.4.3.1. Préparation des inhibiteurs
II.4.3.2. Effet Synergique des inhibiteurs
II.4.4. Conditions expérimentales
Références bibliographiques
CHAPITRE III. Résultats et discussion
III.1. Introduction
III.A. Etude de l’effet inhibiteur de l’Opuntia Ficus Indica (OFI)
III.A.1. Caractérisation de l’OFI par F.T.I.R
III.A.2. Méthode de la perte de masse
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. Mécanisme d’inhibition de l’OFI par la méthode (PZC)
III.A.3.4. Courbes de polarisation potentiodynamique
III.A.4. Isothermes d’adsorption
III.A.5. Etude morphologique
III.A.5.1. Observations microscopiques par MEB
III.A.5.2. Spectres EDS
III.A.5.3. Observations microscopiques par AFM
III.A.6. Effet de la température
III.A.6.1 Calculs des paramètres thermodynamiques
III.A.6.2 Etude morphologique
III.A.6.2.1. Observations microscopiques par MEB
III.B. Etude de l’effet inhibiteur de l’Agave Americana Râpée (AAR)
III.B.1. Caractérisation de l’AAR par F.T.I.R
III.B.2. Méthode de la perte de masse
III.B.3. Etude électrochimique
III.B.3.1. Suivi du potentiel à circuit ouvert (OCP)
III.B.3.2. Diagrammes d’impédance électrochimique
III.B.3.3. Mécanisme d’inhibition de l’AAR par la méthode (PZC)
III.B.3.4. Courbes de polarisation potentiodynamique
III.B.4. Isothermes d’adsorption
III.B.5. Comparaison entre les différentes méthodes utilisées
III.B.6. Etude morphologique
III.B.6.1. Observations microscopiques par MEB
III.B.6.2. Spectre EDS
III.B.6.3. Observations microscopiques par AFM
III.B.7. Effet de la température
III.B.7.1 Calculs des paramètres thermodynamiques
III.B.7.2 Etude morphologique
III.B.7.2.1. Observations microscopiques par MEB
III.C. Etude de l’effet inhibiteur de l’Iodure de Potassium (KI)
III.C.1. Etude électrochimique
III.C.1.1. Diagrammes d’impédance électrochimique
III.C.1.2. Courbes de polarisation potentiodynamique
III.D. Etude de l’effet synergique de l’OFI et le KI
III.D.1. Etude électrochimique
III.D.1.1. Diagrammes d’impédance électrochimique
III.D.1.2. Mécanisme d’inhibition de la synergie (OFI+KI) par la méthode (PZC)
III.D.1.3. Courbes de polarisation potentiodynamique
III.D.2. Isothermes d’adsorption
III.D.3. Etude morphologique
III.D.3.1. Observations microscopiques par MEB
III.D.3.2. Spectre EDS
III.D.3.3. Observation microscopique par AFM
III.E. Etude de l’effet synergique de l’AAR et le KI
III.E.1. Etude électrochimique
III.E.1.1. Diagrammes d’impédance électrochimique
III.E.1.2. Mécanisme d’inhibition de la synergie (AAR+KI) par la méthode (PZC)
III.E.1.3. Courbes de polarisation potentiodynamique
III.E.2. Isothermes d’adsorption
III.E.3. Etude morphologique
III.E.3.1. Observations microscopiques par MEB
III.E.3.2. Spectre EDS
III.E.3.3. Observation microscopique par AFM
III.F.1. Etude électrochimique
III.F.1.1. Diagrammes d’impédance électrochimique
III.F.1.2. Courbes de polarisation potentiodynamique
III.F.2. Isothermes d’adsorption
III.F.3. Etude morphologique
III.F.3.1. Observations microscopiques par MEB
III.F.3.2. Spectres EDS
III.F.3.3. Observations microscopiques par AFM
Références bibliographiques
Conclusion Générale
