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La corrosion est un processus électrochimique naturel qui provoque la détérioration progressive des matériaux, en particulier des métaux, lorsqu'ils sont exposés à des facteurs environnementaux, ce qui affecte les infrastructures dans le monde entier, depuis les ponts et les pipelines jusqu'aux équipements industriels et aux structures marines, entraînant des pertes économiques de plusieurs milliards de dollars par année.

Comprendre la corrosion en tant que processus environnemental

La corrosion atmosphérique est la corrosion ou la dégradation des métaux exposés à l'air et à ses polluants, plutôt qu'à un liquide, et elle explique davantage les défaillances en termes de coût que tout autre environnement. Le processus implique fondamentalement des réactions électrochimiques où les atomes de métaux perdent des électrons et se transforment en ions, ce qui entraîne une dégradation des matériaux.

La corrosion atmosphérique est un type particulier de corrosion, car l'électrolyte est représenté par un mince film d'humidité dont l'épaisseur ne dépasse pas quelques centaines de micromètres. Cette fine couche d'électrolyte crée des conditions uniques où la saturation en oxygène reste élevée et la diffusion n'est pas entravée, permettant aux réactions de corrosion de se produire rapidement dans des conditions favorables.

La gravité et le taux de corrosion dépendent des interactions complexes entre plusieurs variables environnementales. Il existe des effets interactifs entre différents facteurs et les mécanismes sont compliqués. Cette complexité exige une approche systématique de l'évaluation environnementale et de la conception de protection qui tient compte non seulement des facteurs individuels mais aussi de leurs effets synergiques sur les processus de corrosion.

Facteurs environnementaux critiques influant sur la corrosion

Humidité relative et humidité

L'humidité relative est le facteur environnemental le plus important qui affecte le processus de corrosion atmosphérique. La présence d'humidité sur les surfaces métalliques crée l'électrolyte nécessaire pour que les réactions de corrosion électrochimique se produisent. Lorsque l'humidité dépasse une valeur critique – en fonction d'autres variables environnementales – qui est généralement de l'ordre de 70 % d'humidité relative, un mince film invisible d'humidité se formera à la surface du métal, fournissant un électrolyte pour le transfert du courant.

Les résultats ont montré une augmentation significative de la corrosion lorsque l'humidité relative dépassait 70 %. L'humidité relative a été considérée précédemment comme l'un des facteurs environnementaux les plus importants qui affectent la corrosion atmosphérique.Comme la présence d'eau est une condition fondamentale de la corrosion, cela n'est pas surprenant.

Cependant, le seuil critique d'humidité relative peut être considérablement abaissé par la présence de contaminants hygroscopiques sur les surfaces métalliques. Lorsque les surfaces métalliques deviennent contaminées par des sels hygroscopiques, leur surface peut être humidifiée à un taux de % HR inférieur. La présence de chlorure de magnésium (MgCl2) sur une surface métallique peut rendre une surface apparemment humide à 34% HR alors que le chlorure de sodium (NaCl) sur la même surface nécessite 77% HR pour créer le même effet.

Plusieurs études ont montré que l'augmentation de l'humidité relative entraîne une augmentation du taux de corrosion sur une surface propre sans sels déposés. Par exemple, la corrosion des alliages de magnésium est accélérée de façon significative lorsque l'humidité relative augmente de 75 à 95 %. La relation entre l'humidité et le taux de corrosion suit souvent un schéma exponentiel, avec des augmentations spectaculaires de l'activité de corrosion à mesure que l'humidité approche les niveaux de saturation.

Effets de la température

La température joue un rôle important dans la corrosion atmosphérique de deux façons. Premièrement, il y a l'augmentation normale de l'activité de corrosion qui peut théoriquement doubler pour chaque augmentation de dix degrés de température. Cette relation suit le principe d'Arrhenius, où les températures plus élevées accélèrent la cinétique des réactions électrochimiques impliquées dans les processus de corrosion.

La température est un facteur environnemental qui influence exponentiellement la cinétique des réactions électrochimiques qui provoquent la corrosion. Plus la température est élevée, plus la vitesse de corrosion est rapide selon la loi d'Arrhenius, mais la solubilité des gaz dans les eaux de surface est réduite.

Lorsque la température augmente dans l'air ambiant, le décalage de température dans ces métaux les transforme en condenseurs qui maintiennent un film d'humidité sur leur surface. Cela augmente la période d'humidité par rapport à la période où l'air ambiant est en dessous du point de rosée. Les structures métalliques à masse thermique élevée peuvent rester en dessous du point de rosée même lorsque la température ambiante augmente, ce qui entraîne une condensation persistante et des périodes d'humidité prolongées.

La température de vélo a provoqué une forte corrosion sur des objets métalliques des Tropiques, dans des entrepôts non chauffés, et sur des outils métalliques ou d'autres objets stockés dans des sacs en plastique. Puisque le point de rosée d'une atmosphère indique l'état d'équilibre de la condensation et de l'évaporation à partir d'une surface, il est conseillé de maintenir la température de 10 à 15 °C au-dessus du point de rosée pour s'assurer qu'aucune corrosion ne se produirait par condensation sur une surface qui pourrait être plus froide que l'environnement ambiant.

Salinité et contamination par le chlore

La corrosion dans les milieux marins atmosphériques est généralement due au dépôt d'aérosols de sel de mer. Ce type d'aérosol est non seulement capable de décomposer des films passifs de nombreux systèmes d'alliages, mais aussi, parce qu'il est hautement hygroscopique, d'étendre la durée dans laquelle les surfaces exposées restent humides et la corrosion possible (c.-à-d., le temps de l'humidité).

La salinité peut augmenter le taux de corrosion due à la nature du sel en tant qu'électrolyte qui favorise l'oxydation – un aspect clé de la corrosion. L'humidité peut conduire à la présence d'un plus grand nombre d'eau et donc d'oxygène, ce qui stimule encore une fois le taux d'oxydation et de corrosion. La présence d'ions chlorure est particulièrement agressive parce qu'ils peuvent pénétrer et décomposer des films d'oxyde protecteurs qui se forment naturellement sur de nombreuses surfaces métalliques.

Pour que le sel accélère la corrosion, la surface métallique doit être mouillée. Preston et Sanyal ont montré que la corrosion d'une surface de fer sous un dépôt de particules de NaCl commence à être observée à 70% HR, et est notamment accélérée à haute HR. Cependant, Evans et Taylor notent également que les particules de sel de mer causent la corrosion à une RH inférieure aux particules de NaCl, en raison du fait que le sel de mer contient des sels de magnésium très hygroscopiques.

Pour les milieux marins et côtiers, les chlorures devraient être un facteur plus important de corrosion que le dioxyde de soufre, puisqu'ils sont présents à des concentrations beaucoup plus élevées. La distance par rapport à la côte affecte de façon significative les taux de dépôt de sel, les structures plus proches de l'océan étant beaucoup plus contaminées par le chlorure et donc plus élevées.

Polluants atmosphériques

La présence de gaz corrosifs tels que le SO2, les NOx et les chlorures, ainsi que l'humidité ambiante, accroît la vulnérabilité des matériaux structuraux et exige une approche préventive fondée sur la surveillance continue et la conformité réglementaire.

Selon la norme ISO 9223:2012, les milieux où la pollution par le SO2 est « moyenne » sont classés lorsque les concentrations de dioxyde de soufre varient entre 5 μg/m3 et 30 μg/m3. Au-delà de ces valeurs, le risque de corrosion pour les métaux exposés augmente de façon significative, en particulier dans les milieux industriels ou côtiers où la présence simultanée de chlorures est présente.

Un film de rosée, saturé de sel de mer ou de sulfates acides, et de chlorures acides d'une atmosphère industrielle fournit un électrolyte agressif pour la promotion de la corrosion. Lorsque les films d'humidité contiennent des polluants dissous, ils deviennent des électrolytes très conducteurs qui facilitent des réactions électrochimiques rapides et accélèrent la dégradation des matériaux.

Dépôt de vent et d'aérosol

Ils ont conclu que (i) la vitesse du vent, (ii) les précipitations et (iii) l'humidité relative sont les paramètres environnementaux les plus importants pour le taux de corrosion. Des études récentes ont également montré que les conditions du vent affectent de façon significative les dépôts de sel dans les milieux marins et côtiers.

Les concentrations dépendent de plusieurs facteurs tels que le temps, l'emplacement, les sources locales, les conditions atmosphériques, la vitesse et l'altitude du vent. Il existe également des études qui montrent que la capture, le dépôt et la vitesse du vent des aérosols sont liés.

Les vents plus rapides peuvent augmenter les taux d'évaporation, ce qui peut réduire le temps d'humidité, mais ils peuvent aussi augmenter le dépôt de particules de sel et d'autres contaminants, créant ainsi un équilibre complexe entre les effets concurrents.

Méthodes d'évaluation environnementale globale

Classification de la norme et de la corrosivité ISO 9223

La norme ISO 9223 est la principale référence définissant les catégories de corrosivité atmosphérique (C1 à CX) en fonction du taux de corrosion observé dans les échantillons standards après une année d'exposition. Elle évalue la combinaison de facteurs environnementaux clés qui influent sur la corrosion : température, humidité relative, pollution par le dioxyde de soufre (SO2) et dépôts secs de chlorures (salinité atmosphérique) par des fonctions dose-réponse pour différents métaux structurels.

Il est appliqué en analysant des paramètres tels que l'humidité relative, la salinité atmosphérique, la concentration de polluants (SO2, chlorures, etc.) et la température ambiante. Ainsi, la norme permet de déterminer le risque de corrosion environnementale et de définir des stratégies de protection spécifiques en fonction de l'environnement opérationnel.

Pour vérifier et confirmer ces catégories, la norme ISO 9226 réglemente les essais sur le terrain normalisés, en détaillant les méthodes d'exposition et en analysant les échantillons exposés à différents environnements atmosphériques afin d'obtenir des données empiriques fiables, qui consistent à placer des échantillons de métal normalisés dans l'environnement d'intérêt pendant de longues périodes, généralement un an, puis à analyser les dommages causés par la corrosion pour déterminer la catégorie de corrosivité.

Essais de coupon de corrosion

Les essais de coupons de corrosion sont une méthode largement utilisée pour évaluer et surveiller la corrosion dans diverses industries. Ils impliquent l'exposition de petits échantillons de métal, appelés coupons de corrosion, au même environnement que l'équipement ou la structure faisant l'objet de la surveillance.

La surveillance de la perte de poids est la méthode la plus ancienne pour évaluer la corrosivité d'un environnement sur un matériau spécifique et consiste à exposer un spécimen (coupon) du matériau à l'environnement pour une durée donnée, et mesurer la perte de poids résultante. Les coupons peuvent être sous forme de disques, de tiges, de plaques ou de toute forme pratique.

En surveillant régulièrement les coupons de corrosion, les industries peuvent prendre des décisions éclairées concernant les calendriers d'entretien, le choix des matériaux et les stratégies d'atténuation de la corrosion, en fin de compte pour assurer l'intégrité et la longévité de leurs actifs.

Techniques d'essai électrochimiques

Les essais de corrosion électrochimique sont une technique utilisée pour évaluer la résistance à la corrosion d'un métal ou d'un alliage en mesurant son comportement électrochimique dans un environnement corrosif. Il s'agit d'exposer un échantillon à une solution corrosive tout en surveillant son activité électrochimique.

Par conséquent, les techniques électrochimiques de détection de corrosion largement utilisées sont LPR, potentiodynamique polarisation (PDP), potentiel de circuit ouvert (OCP), technique électrochimique bruit (EN), EIS, analyse de distorsion harmonique (HDA), potentiométrique, mesures d'ampérométrie, etc. Chaque technique fournit différents types d'informations sur les processus de corrosion et le comportement des matériaux.

Résistance à la polarisation linéaire (RL)

La technique de la résistance à la polarisation linéaire (LPR) mesure les changements électrochimiques sur la surface de l'actif par l'application d'une petite tension contrôlée (potentiel de polarisation).Le courant nécessaire pour maintenir une petite variation de tension (habituellement 10 mV) dépend de la quantité de corrosion qui a eu lieu sur la surface du métal.

La technique LPR tente de répondre à l'échelle microscopique aux cellules de corrosion microscopiques existant dans l'usine. LPR mesure le courant de corrosion qui circule entre les demi-cellules anodiques et cathodiques. Les mesures sont effectuées en appliquant une petite tension (de 10 à 30 mV) à une électrode métallique corrodée et en mesurant le débit de courant résultant. Le rapport de tension au courant – la résistance à la polarisation – est inversement proportionnel au taux de corrosion.

Contrairement aux coupons de corrosion et aux sondes ER, les outils LPR permettent de mesurer la corrosion instantanée, ce qui permet de détecter rapidement les changements dans les mécanismes de dégradation. Il est très sensible à la corrosion au début du processus. Il est donc souvent utilisé dans les réservoirs de stockage, les récipients sous pression et les installations de surveillance de la corrosion des pipelines, plus pour évaluer l'efficacité des revêtements protecteurs appliqués (p. ex. époxy, zinc ou aluminium anodisé).

Spectroscopie électrochimique d'impédance (EIS)

La spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) est une technique puissante utilisée pour déterminer le mécanisme de corrosion fondamental et sert à caractériser les films minces, les réactions de surface et les événements physicochimiques qui se produisent à l'interface du matériau.

La spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) est une autre méthode de surveillance de la corrosion largement utilisée. En analysant la résistance de l'objet d'essai au débit électrique, vous pouvez obtenir des données de haute fidélité sur le taux de corrosion de l'actif, l'intégrité du revêtement protecteur et l'efficacité de différents systèmes d'atténuation de la corrosion.

La mesure EIS a permis de détecter la dégradation du panneau enduit avant tout dommage visible permettant une comparaison quantifiable entre les conditions d'essai accélérées et les conditions de dégradation du service.Cette capacité fait de l'EIS un outil essentiel pour le contrôle de la qualité et la surveillance à long terme des systèmes de revêtement protecteur.

Polarisation potentiodynamique

Les expériences potentiodynamiques peuvent fournir une variété de données relatives au comportement de piqûre, de corrosion de crevasse et de passivation pour des combinaisons d'échantillons/solutions spécifiques. Au fur et à mesure que le potentiel est augmenté, la corrosion de piqûre commencera à une certaine valeur connue sous le nom de potentiel de décomposition (EB, le potentiel le plus faible auquel se produit le piquetage).

La technique PDP utilise néanmoins les variations de tension à large bande métallique (> ±300 mV vs. OCP) et est considérée comme un processus destructeur. La technique PDP est peut-être la plus utilisée pour tester la polarisation pour mesurer la résistance à la corrosion.

Stations de surveillance environnementale

Les capteurs environnementaux mesurent les variables générales telles que la température, l'humidité relative et les concentrations de polluants, ce qui donne une vue globale de l'environnement évalué. En revanche, les capteurs de corrosion (perte de masse, résistance électrique ou techniques électrochimiques) sont conçus pour quantifier le processus de détérioration dans des matériaux spécifiques, permettant une évaluation directe du niveau ou du taux d'attaque atmosphérique sur une structure.

Cet article présente une étude où des capteurs ont été utilisés pour mesurer le taux de corrosion et les paramètres atmosphériques simultanément avec une résolution de 30 ou 60 minutes. Les données du capteur permettent d'étudier la corrélation entre la corrosion et les conditions météorologiques. Les données du capteur ont été obtenues en continu pendant 1 an et, sur la base de cet ensemble de données, les influences uniques et interactives des paramètres atmosphériques sur le taux de corrosion et le progrès de la corrosion ont été étudiées.

Les systèmes modernes de surveillance de l'environnement peuvent intégrer plusieurs types de capteurs pour fournir des données complètes en temps réel sur les conditions corrosives, qui mesurent généralement la température, l'humidité relative, les concentrations de polluants, la vitesse et la direction du vent, les précipitations et d'autres paramètres pertinents.

Surveillance de la résistance électrique

L'élément est habituellement sous forme de fil, de bande ou de tube, et si la corrosion est approximativement uniforme, un changement de résistance est proportionnel à un accroissement de corrosion. Les estimations de la corrosion totale sur une période peuvent me permettre d'obtenir à partir de lectures successives. Une formule simple convertit à un taux de corrosion moyen.

La surveillance des ER permet d'établir une surveillance périodique ou continue pour un ou plusieurs nombres de sondes. La corrosion peut donc être liée à des variables de processus, et la méthode est l'un des principaux outils de surveillance en ligne. Le principal avantage est sa capacité à mesurer la corrosion dans n'importe quel environnement, liquide, gaz ou flux de particules.

La différence essentielle entre les techniques électrochimiques et les techniques d'ER est que les mesures d'ER fournissent des informations sur la perte totale de matériaux, tandis que les techniques électrochimiques fournissent des informations sur les taux.

Essais accélérés en laboratoire

L'idée de base de cette méthode d'essai est de diviser l'environnement réel complexe en plusieurs sous-spectres environnementaux typiques, tels que le spectre de pulvérisation de sel, le spectre de chaleur humide, le spectre cyclique humide sec, le spectre d'érosion des gaz, etc. Ces sous-spectres environnementaux sont ensuite combinés de façon appropriée pour simuler les conditions environnementales réelles du matériau.

L'essai de pulvérisation de sel et l'essai de chaleur humide tiennent compte des effets du dépôt de sel, de la température et de l'humidité sur le processus de corrosion. L'essai cyclique de séchage humide est utilisé pour simuler le processus de formation de film d'électrolyte et de disparition sur la surface métallique en raison de la condensation et de l'évaporation de l'humidité.

Les essais accélérés fournissent des informations précieuses sur la performance des matériaux et l'efficacité du revêtement dans des délais beaucoup plus courts que les essais d'exposition naturelle. Cependant, il faut prendre soin d'extrapoler les résultats des essais accélérés pour prédire les performances à long terme sur le terrain, car les mécanismes d'accélération ne peuvent pas reproduire parfaitement les processus de corrosion naturelle.

Stratégies de conception protectrices pour la résistance à la corrosion

Choix du matériau et alliages résistant à la corrosion

La première ligne de défense contre la corrosion consiste à choisir les matériaux appropriés pour des conditions environnementales spécifiques. Différents métaux et alliages présentent des niveaux de résistance à la corrosion variables selon leur composition, leur microstructure et les facteurs environnementaux qu'ils rencontrent.

Les aciers inoxydables offrent une excellente résistance à la corrosion dans de nombreux environnements grâce à la formation d'un film passif d'oxyde de chrome sur leur surface. Les aciers inoxydables austénitiques (comme les nuances 304 et 316) offrent une bonne résistance générale à la corrosion, avec 316 nuances offrant une résistance accrue aux piqûres induites par le chlorure et à la corrosion par crevasse en raison de leur teneur en molybdène.

Certains alliages d'aluminium, en particulier ceux des séries 5000 et 6000, offrent une excellente résistance à la corrosion atmosphérique et sont largement utilisés dans les applications marines et côtières. Cependant, l'aluminium est sensible à la corrosion galvanique en contact avec des métaux plus nobles en présence d'un électrolyte.

Les alliages de cuivre et de cuivre, y compris le laiton et le bronze, présentent une bonne résistance à la corrosion atmosphérique et développent des couches de patine protectrices au fil du temps. Ces matériaux sont couramment utilisés dans les applications architecturales, le matériel marin et les composants électriques.

Les aciers à l'altération contiennent des éléments d'alliage tels que le cuivre, le chrome et le nickel qui favorisent la formation d'une couche de rouille stable et protectrice sous exposition atmosphérique. Cette couche de rouille agit comme un obstacle à la corrosion, éliminant la nécessité de peindre dans de nombreuses applications.

Pour chaque application, le choix des matériaux devrait tenir compte non seulement de la corrosivité générale de l'environnement, mais aussi de facteurs spécifiques tels que l'exposition au chlorure, le pH, la température, les contraintes mécaniques et le potentiel de couplage galvanique avec des métaux différents.

Systèmes de revêtement de protection

Les revêtements protecteurs constituent une barrière entre le substrat métallique et l'environnement corrosif, empêchant ou réduisant de façon significative les taux de corrosion. Les systèmes de revêtement efficaces doivent être soigneusement choisis en fonction du matériau du substrat, des conditions environnementales, de la durée de vie prévue et des contraintes d'application.

Les revêtements organiques, y compris les peintures, époxies, polyuréthanes et acryliques, forment des couches de barrière qui empêchent l'humidité et les espèces corrosives d'atteindre la surface métallique. Les revêtements époxy offrent une excellente adhérence, résistance chimique et propriétés de barrière, ce qui les rend adaptés aux applications industrielles et marines.

Les revêtements métalliques assurent une protection à la fois de la barrière et, dans certains cas, une protection sacrificielle du substrat. Les revêtements en zinc (galvanisation) sont largement utilisés pour protéger les structures en acier, offrant une protection sacrificielle lorsque le zinc corrode de préférence au substrat en acier. La galvanisation à chaud produit des revêtements en zinc épais et durables adaptés à une exposition extérieure à long terme.

Les revêtements en aluminium appliqués par pulvérisation thermique ou par aluminerie à chaud offrent une excellente résistance à l'oxydation à haute température et une protection contre la corrosion atmosphérique. Ces revêtements sont couramment utilisés sur les structures en acier exposées à des températures élevées ou à des atmosphères très corrosives.

Les revêtements de conversion, comme les phosphates, les chromates et les solutions de remplacement sans chromate, modifient chimiquement la surface du métal pour améliorer l'adhérence de la peinture et fournir une résistance supplémentaire à la corrosion. Ces revêtements sont généralement utilisés comme prétraitements avant d'appliquer des systèmes de revêtement organiques.

La conception du système de revêtement doit tenir compte des exigences de préparation de surface, des méthodes d'application, des conditions de durcissement, de l'épaisseur du revêtement et de la compatibilité entre les couches.

L'inspection et l'entretien réguliers des systèmes de revêtement prolongent leur durée de vie et empêchent la défaillance prématurée. La dégradation du revêtement commence généralement par des défauts, des bords et des zones de dommages mécaniques.

Systèmes de protection cathodique

La protection cathodique est une technique électrochimique qui empêche la corrosion en faisant de la structure métallique la cathode d'une cellule électrochimique. Elle est obtenue soit en reliant la structure à un métal plus actif (système d'anode sacriciel) soit en appliquant un courant électrique externe (système de courant comprimé).

Les systèmes d'anodes sacrifiques utilisent des métaux plus actifs que la structure protégée, généralement le zinc, le magnésium ou les alliages d'aluminium. Ces anodes se corrodent de préférence, fournissant des électrons à la structure protégée et empêchant sa corrosion. Les systèmes d'anodes sacrifiques sont autorégulateurs, ne nécessitent aucune source d'énergie externe et sont relativement simples à installer et à entretenir.

Les anodes de magnésium fournissent une tension de conduite élevée et conviennent aux sols à haute résistance. Les anodes de zinc sont couramment utilisées dans les sols à eau de mer et à faible résistance. Les anodes d'aluminium offrent une capacité de courant élevée et sont largement utilisées dans les applications marines.

Les systèmes de protection cathodique à courant comprimé (ICCP) utilisent une source d'énergie externe pour alimenter le courant de protection des anodes inertes en la structure protégée. Les systèmes ICCP peuvent protéger les structures plus grandes et fournir une sortie de courant réglable pour répondre aux conditions changeantes.

La conception des systèmes de protection cathodique exige une étude approfondie de la géométrie de la structure, de l'état du revêtement, de la résistivité du sol ou de l'eau, des interférences du courant errant et des exigences du courant.

La protection cathodique est souvent combinée à des revêtements de protection dans une approche complémentaire. Le revêtement assure la protection principale de la barrière, tandis que la protection cathodique protège les zones où le revêtement est endommagé ou s'est détérioré. Cette combinaison prolonge considérablement la durée de vie de la structure et réduit les coûts d'entretien par rapport à l'une ou l'autre méthode seule.

Considérations de conception pour la prévention de la corrosion

La conception de la résistance à la corrosion doit être envisagée dès les premières étapes de l'élaboration du projet, car les décisions de conception ont des répercussions durables sur les performances de la corrosion et les coûts d'entretien.

Les structures doivent être conçues pour déverser l'eau rapidement et empêcher l'accumulation dans les crevasses, les articulations et les surfaces horizontales. Les trous de drainage doivent être fournis dans les sections fermées pour empêcher l'accumulation d'eau. Les surfaces inclinées et les bords arrondis favorisent le ruissellement de l'eau et réduisent le temps d'humidité.

Les crevasses entre les composants joints créent des environnements stagnants où se produisent des concentrations d'espèces corrosives et une diminution de l'oxygène. Les soudures continues sont préférables aux soudures intermittentes ou aux fixations mécaniques dans des environnements corrosifs. Lorsque les crevasses ne peuvent être évitées, elles doivent être scellées avec des mastics ou des matériaux de calibrage appropriés.

L'absence de couplage galvanique entre des métaux différents empêche la corrosion accélérée du métal plus actif. Lorsque des métaux différents doivent être utilisés en contact, plusieurs stratégies peuvent réduire la corrosion galvanique : choisir des métaux rapprochés en série galvanique, isoler des métaux différents avec des joints ou des revêtements non conducteurs, appliquer des revêtements protecteurs aux deux métaux avec une attention particulière au métal plus noble, et s'assurer que l'anode (métal plus actif) a une surface plus grande que la cathode.

L'accès aux installations d'inspection et d'entretien permet de détecter rapidement la corrosion et de réparer rapidement les zones critiques sujettes à la corrosion, et les zones sensibles à la corrosion devraient être facilement accessibles pour l'inspection visuelle, l'entretien et le remplacement si nécessaire.

La sélection des attaches et du matériel appropriés est importante pour une durabilité à long terme. Les fixations doivent être faites à partir de matériaux compatibles avec le métal de base et adaptés aux conditions environnementales. Les fixations en acier inoxydable sont couramment utilisées dans des environnements corrosifs, mais il faut prendre soin d'éviter les galères pendant l'installation.

L'intégration de quotas de corrosion dans la conception fournit une épaisseur de matériau supplémentaire pour tenir compte de la corrosion prévue pendant la durée de vie de la structure. Cette approche est couramment utilisée pour les pipelines, les récipients sous pression et les réservoirs de stockage où une certaine corrosion est prévue, mais ne doit pas compromettre l'intégrité ou le confinement de la structure.

Stratégies de lutte contre l'environnement

Le contrôle de l'environnement autour des structures métalliques peut réduire considérablement les taux de corrosion et prolonger la durée de vie. Le contrôle environnemental est particulièrement efficace pour les espaces fermés ou semi-fermés tels que les installations de stockage, les enceintes d'équipement et les éléments structuraux intérieurs.

Le contrôle de l'humidité par déshumidification maintient l'humidité relative en dessous du seuil critique de corrosion. Les déshumidificateurs ou les systèmes à base de réfrigération peuvent maintenir des niveaux d'humidité faibles dans les espaces clos. Pour les grands espaces ou les structures extérieures, le contrôle localisé de l'humidité à l'aide d'inhibiteurs de corrosion en phase vapeur ou de paquets de dessicant peut être pratique.

Les ICV sont particulièrement utiles pour protéger l'équipement pendant le stockage et l'expédition. Ils sont disponibles sous diverses formes, notamment des papiers, des films, des poudres et des émetteurs. Les ICV assurent une protection dans les espaces clos sans nécessiter de contact direct avec la surface métallique.

Les installations industrielles peuvent mettre en oeuvre des mesures de réduction des émissions pour réduire le dioxyde de soufre, les oxydes d'azote et d'autres gaz corrosifs. Les systèmes de filtration de l'air éliminent les particules et les aérosols qui peuvent contenir des contaminants corrosifs.

Les programmes de lavage et de nettoyage éliminent les contaminants corrosifs des surfaces métalliques avant qu'ils ne causent des dommages importants. Le lavage régulier à l'eau douce est particulièrement efficace dans les milieux marins et côtiers où le dépôt de sel est une préoccupation principale.

Les atmosphères protectrices utilisant des gaz inertes ou une humidité contrôlée empêchent la corrosion dans les équipements fermés et les installations de stockage. La couverture d'azote est couramment utilisée pour les réservoirs de stockage et les cuves de traitement pour exclure l'oxygène et l'humidité.

Gestion de la corrosion dans des environnements spécifiques

Environnement marin et côtier

Les milieux marins et côtiers présentent certaines des conditions les plus agressives pour les structures métalliques en raison des effets combinés d'une humidité élevée, d'un vaporisateur de sel et d'une immersion continue ou intermittente dans l'eau de mer.

Les structures de la zone de projection subissent la corrosion la plus sévère en raison des cycles de mouillage et de séchage continus, de la forte disponibilité en oxygène et de l'accumulation de sel. La sélection des matériaux pour les applications marines devrait privilégier les alliages hautement résistants à la corrosion tels que les aciers inoxydables super austénitiques, les aciers inoxydables duplex, les alliages cuivre-nickel ou le titane pour les applications critiques.

La protection cathodique est essentielle pour les parties submergées des structures marines et est couramment utilisée pour les coques de navires, les plates-formes offshore, les jetées et les pipelines sous-marins. Les anodes sacrificielles en aluminium ou en zinc sont largement utilisées dans l'eau de mer en raison de leur bon rendement en courant et de leur coût relativement faible.

Les revêtements antisalissures aident à prévenir la croissance biologique sur les surfaces submergées. Des programmes de nettoyage et d'inspection réguliers sont essentiels pour maintenir l'intégrité du revêtement et détecter la corrosion aux premiers stades.

La distance par rapport au littoral affecte de façon significative la corrosivité atmosphérique, les conditions les plus graves se produisant à quelques centaines de mètres du littoral. Les structures situées dans les terres plus éloignées connaissent progressivement des taux de dépôt de sel moins élevés et des taux de corrosion plus faibles.

Atmosphères industrielles

Les milieux industriels contiennent souvent des concentrations élevées de dioxyde de soufre, d'oxydes d'azote et d'autres polluants acides qui accélèrent considérablement la corrosion. Les installations de transformation chimique, les raffineries, les centrales électriques et les activités de fabrication créent des zones localisées de forte corrosivité qui nécessitent une attention particulière dans le choix des matériaux et les mesures de protection.

Le dioxyde de soufre se dissout dans les films d'humidité pour former des acides sulfureux et sulfureux, créant des conditions très corrosives. Les oxydes d'azote forment de même des acides nitreux et nitriques. La combinaison de polluants acides avec une humidité élevée crée des environnements agressifs qui attaquent rapidement l'acier au carbone et d'autres matériaux de structure communs.

Les revêtements de haute performance tels que les phénols époxy, les esters de vinyle et les fluoropolymères offrent une résistance chimique supérieure. La sélection des revêtements devrait tenir compte des expositions chimiques spécifiques, des conditions de température et des contraintes mécaniques rencontrées en service.

Les programmes d'inspection et d'entretien réguliers sont essentiels dans les milieux industriels où les taux de corrosion peuvent être élevés et les conséquences d'une défaillance sévère. La surveillance de la corrosion à l'aide de sondes de résistance électrique, de capteurs de résistance à la polarisation linéaire ou de coupons de corrosion fournit des données quantitatives sur les taux de corrosion et aide à optimiser les mesures de contrôle de la corrosion.

Les mesures de contrôle des procédés qui réduisent les émissions de gaz corrosifs profitent à la fois à la qualité de l'environnement et à la lutte contre la corrosion. Les écrasements, les filtres et d'autres technologies de contrôle des émissions réduisent les concentrations de polluants atmosphériques dans et autour des installations industrielles.

Climats tropicaux et humides

Les climats tropicaux et humides présentent des conditions difficiles pour le contrôle de la corrosion en raison de températures élevées, d'humidité relative élevée et de précipitations fréquentes.Ces conditions favorisent l'humidité continue ou quasi continue des surfaces métalliques, ce qui entraîne des taux de corrosion accélérés par rapport aux climats tempérés.

Les températures élevées accélèrent la cinétique de la corrosion, avec des taux de corrosion qui doublent approximativement pour chaque augmentation de 10°C. La combinaison de température élevée et d'humidité élevée crée des conditions particulièrement agressives.

La croissance biologique, y compris les algues, les champignons et les bactéries, est courante dans les milieux tropicaux et peut contribuer à la corrosion par plusieurs mécanismes. La corrosion sous influence microbiologique (CMI) survient lorsque des colonies microbiennes créent des conditions corrosives localisées sous des biofilms.

Les revêtements en époxy et polyuréthane avec biocides offrent de bonnes performances dans les conditions tropicales. L'application de revêtements dans les climats tropicaux nécessite une attention particulière à la préparation de surface et aux conditions de durcissement, car une humidité élevée peut interférer avec l'adhérence et le durcissement du revêtement.

Les zones fermées doivent être ventilées pour réduire l'humidité et prévenir la condensation. Les systèmes de drainage doivent être conçus pour traiter les fortes intensités de pluie et empêcher l'étang d'eau.

Environnements froids et arctiques

Les environnements froids et arctiques présentent des défis uniques en matière de corrosion, notamment le cycle de gel-dégel, la formation de glace et l'utilisation de sels de dégivrage.

L'eau piégée dans les crevasses s'étend au moment du gel, ce qui crée des contraintes élevées qui peuvent endommager les revêtements protecteurs et les matériaux fragiles. La conception devrait minimiser les pièges à eau et assurer un drainage adéquat avant que le gel ne se produise.

Les sels de dégivrage utilisés sur les routes et les ponts créent des conditions très corrosives pour les véhicules et les infrastructures.Les déjecteurs à base de chlorure sont particulièrement agressifs, provoquant une corrosion rapide du renforcement de l'acier dans le béton et une corrosion accélérée des composants du véhicule.

Les revêtements en époxy et polyuréthane, formulés pour une flexibilité à basse température, offrent de bonnes performances. La préparation et l'application du revêtement par temps froid nécessitent des procédures spéciales et peuvent nécessiter des enceintes chauffées pour obtenir un traitement approprié.

Les systèmes de protection cathodique dans les climats froids doivent tenir compte de la résistivité accrue du sol à basse température et du risque de congélation des électrolytes. Les systèmes de courant comprimé peuvent nécessiter des tensions plus élevées pour surmonter une résistance accrue.

Considérations économiques et analyse des coûts du cycle de vie

Selon les estimations, les coûts de la corrosion représentent plusieurs pour cent du produit intérieur brut dans les pays industrialisés. Toutefois, des études ont montré qu'une part importante de ces coûts pourrait être évitée par l'application correcte des technologies de lutte contre la corrosion et des pratiques exemplaires existantes.

L'analyse des coûts du cycle de vie fournit un cadre pour évaluer les solutions de rechange à la lutte contre la corrosion en tenant compte de tous les coûts pendant la durée de vie prévue d'une structure ou d'un composant, ce qui reconnaît que les coûts initiaux des matériaux et de la protection ne constituent qu'un élément des coûts totaux de propriété.

Les coûts initiaux comprennent la sélection des matériaux, la préparation de la surface, les revêtements de protection, les systèmes de protection cathodique et d'autres mesures de contrôle de la corrosion mises en œuvre pendant la construction ou la fabrication.

Les coûts d'entretien comprennent les inspections régulières, les réparations de revêtement, le remplacement des anodes et d'autres activités nécessaires pour maintenir la protection contre la corrosion pendant toute la durée de vie.

Les coûts de défaillance comprennent les coûts directs de réparation ou de remplacement ainsi que les coûts indirects tels que les pertes de production, le nettoyage environnemental, la responsabilité et les conséquences potentielles pour la sécurité. Les défaillances catastrophiques dues à la corrosion peuvent entraîner des coûts dépassant de beaucoup la valeur de la composante défaillante elle-même.

Les taux d'actualisation et la valeur temporelle de l'argent influent de façon significative sur le calcul des coûts du cycle de vie. Les coûts futurs doivent être actualisés pour présenter la valeur pour une comparaison significative des solutions de rechange.

L'incertitude dans les prévisions de durée de vie, les taux de corrosion et les coûts futurs compliquent l'analyse économique. Les hypothèses conservatrices et les facteurs de sécurité contribuent à l'incertitude, mais peuvent conduire à une surconception dans certains cas.

Les exigences réglementaires peuvent imposer certains niveaux de protection, indépendamment de considérations économiques. Les objectifs de durabilité favorisent de plus en plus des solutions qui réduisent la consommation de ressources et les impacts environnementaux sur l'ensemble du cycle de vie.

Technologies émergentes et orientations futures

Les progrès de la science des matériaux, de la technologie des capteurs et de l'analyse des données créent de nouvelles possibilités d'amélioration du contrôle et de la gestion de la corrosion. Des revêtements intelligents qui fournissent des capacités d'auto-guérison ou indiquent des dommages par des changements de couleur sont en cours de développement et commencent à voir des applications commerciales.

La nanotechnologie permet le développement de matériaux de revêtement avancés avec des propriétés de barrière supérieures, une adhérence accrue et des capacités multifonctionnelles. Les additifs nanoparticules peuvent améliorer les propriétés mécaniques, la résistance aux UV et la protection contre la corrosion des systèmes de revêtement conventionnels.

Les capteurs à piles ou à récupération d'énergie peuvent fonctionner pendant des années sans maintenance, fournissant des données en temps réel sur les taux de corrosion, l'état du revêtement et les paramètres environnementaux. L'intégration avec les plateformes de données basées sur le cloud permet des stratégies d'analyse et de maintenance prédictive avancées.

Les algorithmes formés sur les données historiques peuvent identifier les modèles et prédire plus précisément le comportement futur de la corrosion que les modèles empiriques traditionnels. Les systèmes de vision informatisée peuvent détecter et quantifier automatiquement les dommages de corrosion causés par les images d'inspection, réduisant ainsi le temps et l'expertise nécessaires à l'évaluation de l'état.

La fabrication additive (3D) permet la production de géométries complexes optimisées pour la résistance à la corrosion et la fabrication de composants à partir d'alliages avancés résistant à la corrosion qui sont difficiles à traiter par des méthodes conventionnelles.

L'amélioration des capacités de modélisation, combinant la dynamique des fluides, les simulations électrochimiques et l'analyse mécanique des contraintes, permet de prédire plus précisément le comportement de la corrosion dans les géométries complexes et les conditions d'exploitation.

La mise au point de systèmes de revêtement respectueux de l'environnement, de revêtements sans chromate et d'inhibiteurs de corrosion bio-basés répond aux préoccupations environnementales tout en maintenant une protection efficace contre la corrosion. Les méthodes d'évaluation du cycle de vie aident à évaluer l'impact environnemental complet des solutions de rechange à la lutte contre la corrosion.

Pratiques exemplaires pour les programmes de contrôle de la corrosion

Pour être efficace, le contrôle de la corrosion doit être systématique, ce qui intègre la conception, le choix des matériaux, les mesures de protection, la surveillance et l'entretien dans un programme complet.

L'établissement de politiques et de procédures claires de gestion de la corrosion assure l'application uniforme des principes de contrôle de la corrosion dans toute une organisation. Les normes écrites pour la sélection des matériaux, les spécifications de revêtement, les procédures d'inspection et les pratiques d'entretien fournissent des conseils au personnel et font en sorte que les leçons apprises soient saisies et appliquées aux projets futurs.

La formation et l'éducation du personnel qui participe à la conception, à la construction, à l'exploitation et à l'entretien sont essentielles pour un contrôle efficace de la corrosion.

La documentation et la tenue de dossiers appuient une gestion efficace de la corrosion en fournissant des données historiques sur les taux de corrosion, les performances du revêtement, les activités d'entretien et les coûts.

La collaboration entre les intervenants, y compris les propriétaires, les concepteurs, les entrepreneurs, les applicateurs de revêtement et les organismes d'inspection, améliore les résultats de la lutte contre la corrosion.

L'inspection et les essais effectués pendant la préparation de la surface, l'application du revêtement et la construction garantissent la conformité aux spécifications. L'inspection indépendante par des tiers fournit une assurance supplémentaire de la qualité pour les applications critiques.

Les processus d'amélioration continue utilisent les commentaires provenant des enquêtes de surveillance, des inspections et des enquêtes sur les défaillances pour affiner les stratégies de contrôle de la corrosion. L'analyse des causes profondes des défaillances de la corrosion permet de cerner les problèmes systémiques qui peuvent être réglés par des changements de conception, des matériaux améliorés ou des mesures de protection améliorées.

L'intégration aux systèmes de gestion des biens permet de veiller à ce que les activités de contrôle de la corrosion soient planifiées, budgétisées et exécutées de façon appropriée dans le cadre de stratégies globales de gestion des biens.

Conclusion

Le rôle de l'environnement dans la corrosion est fondamental et multiforme, ce qui implique des interactions complexes entre l'humidité, la température, la salinité, les polluants atmosphériques et d'autres facteurs. La compréhension de ces influences environnementales est essentielle pour une conception efficace de la corrosion et de la protection.

Les stratégies de conception de protection, y compris la sélection appropriée des matériaux, les systèmes de revêtement à haute performance, la protection cathodique et les contrôles environnementaux, peuvent considérablement prolonger la durée de vie des structures métalliques et réduire les coûts liés à la corrosion.

Les nouvelles technologies, notamment les revêtements intelligents, les réseaux de capteurs sans fil et les analyses avancées, créent de nouvelles possibilités d'améliorer la gestion de la corrosion.

L'importance d'un contrôle efficace de la corrosion continue de croître à mesure que les infrastructures vieillissent et que les défis environnementaux évoluent.En appliquant les principes et les pratiques discutés dans cet article, les ingénieurs, les concepteurs et les gestionnaires d'actifs peuvent prendre des décisions éclairées qui protègent les infrastructures essentielles, assurent la sécurité et la fiabilité et optimisent l'utilisation des ressources tout au long du cycle de vie des structures et des composants métalliques.

Ressources supplémentaires

Pour les professionnels qui cherchent à approfondir leurs connaissances en matière de corrosion et de conception de protection, de nombreuses ressources sont disponibles. Des organisations professionnelles comme la NACE International (maintenant partie de l'AMPP - Association pour la protection et la performance des matériaux) et SSPC: La Société pour les revêtements de protection fournissent des publications techniques, des cours de formation et des programmes de certification.

Les revues techniques publient les dernières découvertes et études de cas qui font progresser le domaine. Des ressources en ligne, y compris des webinaires, des articles techniques et des forums de discussion, facilitent le partage des connaissances entre les professionnels de la corrosion dans le monde entier.

Pour plus d'informations sur les essais et la surveillance de la corrosion, visitez ASTM International pour obtenir des normes et des méthodes d'essai complètes.Le site Web de l'AMPP[ offre des ressources considérables sur la lutte contre la corrosion et les revêtements de protection.Les normes ISO[ fournissent des cadres internationalement reconnus pour l'évaluation et la gestion de la corrosion.