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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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The corrosion of metal is natural, common and inevitable. It principally consists of an oxydoreduction reaction between the metal used and its chemically aggressive environment. Indeed, the manufactured part tends, during this corrosion process, to regain the stable state it was in before its transformation by metallurgy. This article details the physico-chemical principles of this reaction, be it localized or uniform. The instrumentation used in order to carry out studies on the corrosion process in the stationary regime. Corrosion speed measurement methods, developed a long time ago but still in use, are extensively described. To conclude, electrochemical techniques for the local measurement of corrosion speed are presented.
Auteur(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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Mesure globale des vitesses de corrosion
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2. Instrumentation électrochimique utilisée pour étudier la corrosion
Pour ce qui touche à l'instrumentation électrochimique utilisée pour étudier la corrosion, le lecteur se reportera utilement à l'article Cinétique électrochimique, instrumentation électrique [D 901] des Techniques de l'Ingénieur.
L'instrumentation utilisée communément pour l'étude de la cinétique électrochimique s'adapte généralement à l'étude de la corrosion. L'appareillage qui permet d'étudier l'échantillon au point de polarisation choisi (méthodes stationnaires ou courbes courant-potentiel) ou d'analyser son comportement en régime dynamique (enregistrement temporel, voltamétrie, impédance) peut être utilisé dans le cas de la corrosion. Seul, un petit nombre de dispositifs spécifiques seront présentés plus loin (microélectrodes, mesure du bruit en courant). En ce qui concerne la géométrie des cellules et des électrodes, en plus des configurations habituelles (électrode à disque tournant ou non, cellules à un ou deux compartiments), l'utilisation de dispositifs spécifiques à l'étude de la corrosion peut être nécessaire, lesquels seront décrits également ci-après.
2.1 Géométrie des cellules et des électrodes
Les cellules et les géométries d'électrode habituellement employées pour l'étude des processus électrochimiques sont utilisées pour l'étude de la corrosion. Cependant, l'étude d'échantillons attaqués par des solutions agressives peut également être effectuée en les plaquant contre la cellule contenant la solution au moyen d'une ouverture sur le côté ou au-dessous et en utilisant un joint torique pour éviter les fuites.
Pour ce qui est des électrodes, des microélectrodes sont souvent employées en corrosion pour effectuer des analyses locales. La figure 7 présente un exemple de biélectrode utilisée pour mesurer la densité de courant locale. La connaissance de la distance entre les deux électrodes, d, et de la conductivité, κ, de la solution permet d'accéder à la densité de courant locale, jloc , telle que :
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Instrumentation électrochimique utilisée pour étudier la corrosion
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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