Phénomènes de corrosion dans les métaux liquides

Les métaux liquides sont utilisés dans de nombreux secteurs d'industrie : métallurgie, énergie, aéronautique. Ils sont principalement utilisés comme fluides caloporteurs dans des composants échangeurs de chaleur (Na, Pb, Pb-Bi, Pb-Li, Ga, Hg) du fait de leur conductivité thermique élevée leur assurant un pouvoir calovecteur exceptionnel (le pouvoir caloporteur du fluide va déterminer les diamètres des canalisations et des éléments de tuyauterie, il est fonction de la capacité thermique massique du fluide et le pouvoir calovecteur va, quant à lui, déterminer les surfaces d'échange des échangeurs thermiques, il est fonction de la conductivité thermique du fluide [BE 9 570] [BE 9 571]), comme bains de réalisation de dépôts métalliques [M 1 534] sur des pièces solides (par exemple, pour la réalisation de revêtements anticorrosion : Zn, Al, Sn) ou comme bains de traitements thermiques (Pb)).

Les métaux liquides peuvent être corrosifs pour les matériaux solides au contact desquels ils se trouvent, et cela d'autant plus que leur température d'utilisation est élevée. Les matériaux utilisés sont soit des matériaux métalliques (essentiellement à base fer), soit des matériaux réfractaires. Le besoin de garantir les durées de vie des structures contenant ces métaux liquides et d'anticiper les éventuels changements de composants à réaliser nécessite de comprendre et de modéliser les mécanismes de corrosion. Cela est d'autant plus indispensable dans le cas de l'industrie nucléaire qui utilise ou envisage d'utiliser des métaux liquides comme : fluides caloporteurs des réacteurs nucléaires de génération IV (Na, Pb) [BN 3 020] [BN 3 680], comme couverture tritigène et caloporteur des réacteurs à fusion (Li, Pb-Li) [BN 3 013] ou comme cible de spallation permettant la production de neutrons à des fins de recherche ou de transmutation de déchets nucléaires (Pb-Bi, Hg). En effet, dans ce type d'installations, les composants sont peu voire pas remplaçables et doivent fonctionner pendant de longues durées sous des sollicitations multiples. À titre d'exemple, dans le cas des réacteurs de quatrième génération, on envisage des durées de vie de 60 ans pour les composants non remplaçables. De plus, ces composants doivent être fabriqués dans des matériaux qualifiés pour la construction d'installations nucléaires et répondre aux cahiers des charges de ces installations : résistance à l'irradiation, à la haute température, à l'environnement et doivent être également disponibles industriellement, usinables, soudables... Ce sont donc, généralement, soit des aciers inoxydables austénitiques de type 316L, soit des aciers ferritiques ou ferrito-martensitiques de type Fe-9Cr. Dans cet article nous allons donc nous intéresser à différents systèmes matériaux métalliques/métal liquide qui vont nous permettre de présenter les principales phénoménologies de corrosion, de décrire les mécanismes associées et les modélisations actuellement développées.