La
corrosion des métaux dans les milieux aqueux est un processus
électrochimique mettant en oeuvre des ions et des électrons.
Le métal
en s'oxydant produit des ions qui migrent vers le milieux aqueux, et
des électrons qui sont évacués par le métal. C'est une réaction dite anodique:
Me → Men+ + ne-
Des
ions ou des molécules dissoutes dans le milieu aqueux peuvent être
réduites en captant les électrons libérés par la réaction anodique.
C'est la réaction dite cathodique:
2H+ + 2e- →
H2 ou bien O2
+ 2H2O + 4e- → 4OH-
Les
électrons étant mobiles au sein du métal et les ions étant mobiles au
sein du milieu aqueux, les réactions anodiques et cathodiques peuvent
se produire à des endroits différents.
Ce processus constitue ce qu'on apelle une pile de corrosion
dans laquelle:
- le courant dit anodique va du métal vers la phase aqueuse
aux endroits où il se corrode (zones anodiques)
- et le courant dit cathodique entre dans le métal aux
endroits où le ou les espèces oxydantes se réduisent (zones
cathodiques ).
En l’absence de courant électrique extérieur les courants anodique et
cathodique sont égaux et de sens opposés.
La protection cathodique consiste à inverser la pile de
corrosion de telle manière que l'équipement à protéger devienne le
siège des réactions cathodiques.
On visera, pour l'équipement à protéger, un potentiel de -800 à -900mV.
Protection par
anode sacrificielle
Le métal à protéger est couplé à un métal moins noble; pour
protéger les équipements contenant du fer, il faudra choisir entre le
magnésium, l'aluminium, ou le zinc.
Celui-ci
devient alors l'anode et la structure à protéger la cathode du système.
L'anode se corrode, et il faut la remplacer périodiquement.
Cette méthode, peu couteuse, ne conviendra qu'aux équipements de faible
surface et confrontés à un milieu faiblement résistif (sols très
conducteurs).
Protection
par
courant imposé
Le métal à protéger est couplé à une anode auxiliaire dite
"déversoir".
Un
générateur de courant impose son potentiel à l'équipement à protéger,
en faisant circuler un courant entre celui-ci et l'anode auxiliaire.
Le courant peut être de 0,05 à 5A/m² pour des milieux faiblement
corrosifs.
L'anode peut être constituée:
- de matériau consommable (acier de rebut),
- semi-inerte (ferro-silicium, graphite, magnétite, oxyde de
plomb)
- ou inerte (titane platiné, niobium platiné, tantale
platiné, titane recouvert d’oxydes mixtes « Ti/MMO »,
polymères conducteurs).
En fonction de la configuration de l'équipement à protéger, plusieurs
anodes pourront être nécessaires, réparties pour couvrir l'ensemble du
dispositif.L'investissement est relativement important, mais cette
méthode est applicable même si le milieu est peu conducteur.
Contrôle
de la protection
L'efficacité du dispositif est vérifié en mesurant périodiquement le
potentiel pris par l'équipement à protéger. Celui-ci est mesuré par
rapport à une électrode de référence immergée ou en contact intime avec
le milieu environnant. L'électrode de référence, dont le potentiel est
connu, est au choix à base de:
- cuivre / sulfate de cuivre saturé (+316 mV à 25°C)
- argent / chlorure d'argent (environ +200mV en fonction de
la concentration en chlorure)
- mercure / calomel (+241mV à 25°C en présence de chlorure de
potassium saturé)
Le courant imposé perturbe cette mesure, mais l'absence de courant
conduit à un potentiel non représentatif; aussi, le contrôle est
réalisé sans courant imposé, mais peu de temps après son interruption.
On visera, pour l'équipement à protéger, un potentiel de -800 à -900mV
mesuré par rapport à l'électrode de référence.
Un autre critère courant est le potentiel de dépolarisation. Durant les
heures qui suivent la coupure du courant imposé, le potentiel de
l'équipement protégé remonte lentement, le temps pour les charges
accumulées de s'évacuer. On considère qu'une structure est correctement
protégé si cette variation est d'au moins 100mV.
La protection cathodique est souvent utilisée en complément d'une
protection par un revêtement. Celui-ci permet de limiter le courant
appliqué. Le revêtement doit être compatible avec un milieu alcalin (pH
élevé) généré localement par le courant cathodique.
Il existe un risque de sur-protection. Une production trop abondante
d'hydrogène et d'ions hydroxyles (OH-) à la surface du métal à protéger
(par réaction cathodique), peut conduire à des phénomènes de
fragilisation, ou de dégradation des revêtements.
Quand
la protection cathodique est utilisée protéger l'intérieur d'une
capacité, il est important de prévoir un dispositif pour purger
l'hydrogène produit par le courant cathodique.
Applications typiques
Dans les industries de procédé, la protection cathodique est principalement utilisée pour:
- les tuyauteries enterrées utilisées pour le transfert de gaz ou de liquides sur de longues distances
- les réservoirs enterrés ou sous talus (stockage de gaz liquéfié)
- les capacités de traitement d'eau