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RÉSUMÉ
La corrosion des métaux est un phénomène naturel, courant et inéluctable. Il s'agit principalement d'une réaction d'oxydo-réduction entre le métal utilisé et son environnement, chimiquement agressif. En fait, la pièce manufacturée tend lors de cette corrosion à retrouver l'état stable qu'elle avait avant sa transformation par la métallurgie. Cet article détaille les principes physico-chimiques de cette réaction, qu'elle soit localisée ou uniforme. Est également expliquée l'instrumentation utilisée pour effectuer des études sur le processus de corrosion en régime stationnaire. Les méthodes de mesure de vitesse de la corrosion, anciennes mais encore très couramment employées, sont largement décrites. Enfin, les techniques électrochimiques pour mesurer localement la vitesse de corrosion sont présentées.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Claude GABRIELLI : Ingénieur École supérieure d'Électricité - Docteur ès sciences - Directeur de recherche CNRS - Laboratoire interfaces et systèmes électrochimiques (LISE) - UPR 15 du CNRS, université P. et M. Curie (Paris)
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Hisasi TAKENOUTI : Ingénieur université métropolitaine de Tokyo - Docteur de l'université Paris - Directeur de recherche CNRS - Laboratoire interfaces et systèmes électrochimiques (LISE) - UPR 15 du CNRS, université P. et M. Curie (Paris)
INTRODUCTION
L'étude fondamentale des phénomènes de corrosion en milieu humide relève essentiellement de l'électrochimie. L'étude appliquée des phénomènes de corrosion est un domaine de la science des matériaux qui comporte à la fois des notions de chimie et de physique. En effet, les phénomènes de corrosion prennent place à la surface des matériaux métalliques exposés à un environnement chimiquement agressif. Non seulement l'amorçage de la corrosion, mais également sa propagation sont essentiellement des processus de surface à la fois chimique et électrochimique. Aussi, pour étudier ces mécanismes, les techniques électrochimiques sont primordiales.
Cet article, relatif aux techniques électrochimiques d'étude de la corrosion, examine d'abord les méthodes qui s'intéressent à la caractérisation macroscopique de la corrosion, c'est-à-dire à l'identification des processus mis en jeu, moyennés sur toute la surface de l'échantillon étudié par des méthodes utilisant des courbes courant-potentiel ou des impédances. D'autre part, afin d'approfondir les connaissances sur ces processus, sont présentées des analyses plus fines, au niveau des événements élémentaires qui conduisent à la corrosion par l'analyse du bruit électrochimique et au niveau microscopique à la surface de l'échantillon par caractérisation locale des processus de corrosion à l'aide des méthodes appropriées.
La première partie de cet article rappelle des généralités sur la corrosion et s'intéresse, en particulier, à la différence entre les corrosions uniforme et localisée.
La deuxième partie donne un court aperçu de l'instrumentation utilisée pour effectuer des études sur le processus de corrosion en régime stationnaire. L'appareillage utilise des cellules habituelles et seules les cellules particulières permettant l'emploi de techniques microélectrochimiques sont passées en revue. L'instrumentation électrique classique – potentiostat, galvanostat, dispositifs de mesure du potentiel et du courant – sera rapidement examinée.
La troisième partie décrit les méthodes électrochimiques en courant continu les plus anciennes mais qui sont toujours largement utilisées. Les courbes de polarisation et la notion de résistance de polarisation sont développées et les paramètres que l'on peut en déduire sont explicités. Leur emploi est illustré par des exemples concrets. Une application utilisant la microbalance à cristal de quartz pour mesurer la perte de poids est donnée.
Enfin, la dernière partie traite des mesures conduisant à une caractérisation locale de la corrosion. Des techniques permettant d'obtenir des courbes courant-potentiel sur de petites parties de la surface de l'échantillon étudié utilisant des microsondes ou des microcellules sont passées en revue.
Les techniques dynamiques, en particulier impédance et bruits électrochimiques, sont abordées dans l'article [COR 811].
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Instrumentation électrochimique utilisée pour étudier la corrosion
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1. Généralités sur la corrosion des métaux
Les métaux utilisés dans la vie pratique sont généralement des extraits de minerai où des éléments métalliques se trouvent à l'état oxydé, c'est-à-dire à l'état thermodynamiquement stable. Pendant leur emploi, ils tendent à revenir à l'état stable par une oxydation liée au milieu qui les entoure. Autrement dit, cette dégradation des matériaux métalliques, la corrosion, est un processus inéluctable.
1.1 Électrochimie de la corrosion
Des concepts généraux sur l'interface métal/électrolyte suivis de quelques processus électrochimiques impliqués au cours du phénomène de corrosion seront brièvement décrits. Seront distingués deux types de corrosion, la corrosion uniforme où toute la surface de l'électrode est attaquée, et la corrosion localisée où une partie restreinte de l'électrode subit la corrosion alors que la majorité de la surface reste (pratiquement) intacte.
HAUT DE PAGE1.1.1 Capacité de double couche
Dans un système composé d'un métal (électrode) immergé dans une solution électrolytique, la partie métallique est un conducteur électronique alors que la partie électrolyte est un conducteur ionique. À cette interface hétérogène apparaît, même en l'absence de tout passage de courant, une charge d'espace appelée en électrochimie « capacité de double couche ». Le comportement de l'interface est alors représenté par un condensateur plan. Le modèle de la capacité de double couche selon Stern ...
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Généralités sur la corrosion des métaux
BIBLIOGRAPHIE
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(2) - HELMHOLZ (H.L.F. von) - * - Ann. Phys. Chem., NF, 7, p. 337 (1879).
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(6) - ANNERGREN (I.), KEDDAM (M.), TAKENOUTI (H.), THIERRY (D.) - Modelling of the passivation mechanism of Fe-Cr binary alloys from ac impedance and frequency resolved RRDE : II. Behaviour of Fe-Cr alloys in 0,5 M H2SO4 with an addition of chloride. - Electrochim. Acta, 42, p. 1595-1611 (1997).
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Cinétique électrochimique, instrumentation électrique.
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