Corrosion en milieu aqueux des métaux et alliages

Pour Monsieur Tout-le-monde, la corrosion apparaît depuis toujours comme un mal mystérieux, associant un milieu, ou l’un de ses composants, un métal, et diverses formes de dommages. D’où une abondante et ancienne nomenclature traditionnelle, s’appuyant sur l’un ou l’autre de ces trois aspects, corrosion par, corrosion de, et corrosion comment :

• corrosion par l’air, l’eau de mer ou l’oxygène, par l’atmosphère ou les sols, par les acides, les bases ou les sels, par les bactéries ou les moisissures, ou encore par tous les gentils ou méchants milieux ;

• corrosion du fer, des aciers ou des fontes, du cuivre, des bronzes ou des laitons, etc. ;

• corrosion uniforme, caverneuse, par piqûres, fissurante, etc.

Une telle nomenclature a l’avantage de parfaitement exprimer ponctuellement les observations, les impressions ou les priorités de l’utilisateur de matériaux. Elle présente en revanche l’inconvénient majeur d’être parfois ingérable en l’état. En effet, elle aboutit à définir plusieurs milliers de combinaisons sans aucun lien logique entre elles. Dans le diagnostic comme dans la prévention de la corrosion, la seule considération de ces aspects factuels bruts se traduirait alors par des milliers de recettes inexpliquées et inexplicables. D’où une situation réellement sans issue.

En fait, seule une compréhension scientifique des mécanismes de la corrosion permet une approche simple de ces problèmes complexes, et surtout des solutions fiables. Comme on le verra au paragraphe 1, la corrosion aqueuse des métaux est en effet par essence de nature électrochimique. Ceci explique alors que seul un cadre électrochimique puisse permettre d’identifier des lois de comportement simples, et donc également des règles de prévention simples. On verra également qu’une telle compréhension électrochimique de la corrosion ne demande nullement d’être un électrochimiste de métier, ou même de formation. En effet, elle ne fait appel qu’à quelques concepts rudimentaires, et l’objet du paragraphe 1 est précisément d’en permettre une acquisition à la fois naturelle et très simple. De même, le peu de liens entre les métiers de la corrosion et les métiers de l’électrochimie font que les conventions internationales en électrochimie n’ont aucune raison d’être reprises en corrosion. Après une période de cohabitation largement infructueuse, les conventions internationales en usage en corrosion ont ainsi tendance à revenir aux conventions historiques initiales, inverses des conventions officielles actuelles en électrochimie.

D’une manière générale d’ailleurs, la compréhension de la corrosion ne demande aucune spécialisation particulière dans une quelconque technique, mais plutôt une culture généraliste multidisciplinaire. Lorsque nécessaire, les quelques éléments indispensables seront donc rappelés à l’occasion, avec renvoi éventuel aux articles correspondants des Techniques de l’Ingénieur.

Enfin la corrosion est une discipline qui a été et demeure très évolutive. Jusque en 1930 en effet, elle était restée le règne de l’empirisme le plus total, avec tous les blocages précédemment cités. Ensuite, de 1930 à 1950, il avait encore fallu près de vingt ans pour prendre pleinement conscience de la nature électrochimique universelle de tous les phénomènes de corrosion aqueuse des métaux, et de toutes les conséquences que cette unicité apporte dans la capacité d’étudier, de comprendre et de maîtriser chacune des combinaisons précédentes. Une fois cette étape initiatique franchie, la connaissance de la corrosion a ensuite connu trente années de croissance considérable, notamment sur la passivité des métaux dits passivables. Également associée à une forte croissance économique, cette période 1950-1980 a vu la mise en place de tous les grands principes généraux qui gouvernent aujourd’hui la compréhension de la corrosion, avec une collaboration publique et approfondie entre tous les acteurs universitaires et industriels. La corrosion s’est alors considérablement simplifiée. Depuis 1980 en revanche, la corrosion s’est à nouveau complexifiée. En effet, la mise en application des grands principes de la période précédente s’est de plus en plus spécialisée, famille d’alliages par famille d’alliages, milieu par milieu, branche industrielle par branche industrielle. La conjugaison des mécanismes généraux entre eux, ou leur conjugaison avec des types de milieux spécifiques, a ainsi abouti à la création plus ou moins sur mesure de mécanismes « particuliers ». Pour autant, certains d’entre eux peuvent avoir une occurrence extrêmement générale, en fonction de l’importance industrielle ou sociale de leur contexte. À l’inverse, d’autres sont restés partiellement confidentiels, soit en raison de leurs liens avec des aspects de procédé ou de propriété industrielle, soit plus prosaïquement en raison d’un manque d’empressement à publier de leur découvreur. Ceci est en effet relativement fréquent lorsque ledit découvreur se trouve être tout simplement la première victime industrielle inaugurant une avarie inédite.

Dans ce contexte, le but de cet article est de considérablement simplifier la présentation des grands principes issus de la période 1950-1980, de manière à permettre l’adjonction des principaux mécanismes particuliers découverts dans les vingt dernières années. De même, ce document donnera la clef de l’immense « jeu de Lego » permettant de construire à l’infini de nouveaux mécanismes particuliers, par simple combinaison des mécanismes précédents.

Pour toute personne non spécialiste qui subit la corrosion, celle-ci se décrit a priori de trois manières, par le faciès, par la cause ou par le dommage : ce dernier en particulier peut se traduire concrètement par une perte progressive d’épaisseur (en mm/an), ou son inverse la durée de vie, (percement en 1 nuit, 1 mois ou 5 ans). Il peut aussi se traduire par des dommages localisés (piqûres, fissures), à progression lente... ou foudroyante !

Cette apparente simplicité recouvre en fait des situations extrêmement différentes. Dans la réalité, il faut donc soigneusement distinguer l’analyse d’un problème de corrosion, qui est en partie celle ci-dessus, et l’analyse des phénomènes de corrosion eux-mêmes. Or ces derniers ne peuvent être présentés simplement que dans une approche électrochimique, car c’est précisément là le fondement de la corrosion aqueuse. Cette approche électrochimique est souvent redoutée du profane, car perçue comme étrangère à son problème. En réalité, il s’agit là pour l’essentiel d’un problème de communication, et pour beaucoup le résultat des tâtonnements d’une pédagogie qui a mis longtemps à se trouver. En fait, il n’y a pas plus simple que l’électrochimie, dès lors que l’on ne s’ingénie pas à la compliquer inutilement.

Le lecteur pourra se reporter aux références [1], [2] et [21].