Caractérisation et cinétique de formation des dépots calcomagnésiens sur acier en eau de mer artificielle

Characterization and kinetic of calcareous deposits formation on steel in artificial sea water

• Auteur / Autrice : Chems-Eddine Barchiche
• Direction : Philippe Refait
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : La Rochelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acier -- Protection cathodique

Anodisation

Corrosion par l'eau de mer

Anticorrosifs

Résumé

La protection cathodique est communément utilisée pour protéger de la corrosion les structures en acier au carbone immergées en milieu marin. Elle consiste à faire baisser le potentiel des matériaux dans un domaine où sa vitesse de corrosion est négligeable. Il existe deux façons d'assurer la protection cathodique : la première consiste à imposer un courant continu par l'intermédiaire d'un générateur, la seconde utilise le couplage de la structure à protéger à des anodes sacrificielles élaborées en métal moins noble. En provoquant la réduction de l'oxygène sur la cathode, la méthode génère des ions hydroxyles, induisant un accroissement du pH à l'interface et la formation de dépôts calcomagnésiens sur la surface du métal. Cette couche solide non conductrice crée une barrière diffusionnelle vis-à-vis de l'oxygène dissous dans l'eau de mer et diminue ainsi le besoin en courant ou en anode associé à cette protection. Mieux connaître les propriétés physico-chimiques de ces dépôts revient donc à optimiser la protection, diminuer la consommation en courant ou en anodes sacrificielles et limiter les rejets métalliques provenant de ces dernières. L'ensemble des travaux de cette thèse a été réalisé sur acier et à partir d'une eau de mer artificielle. Ceci nous a permis de faire varier un ensemble important des paramètres, y compris ceux liés à la composition de la solution. Ainsi avons-nous pu étudier séparément le dépôt calcaire, le dépôt magnésien et le dépôt calcomagnésien. L'association de la chronoampérométrie et de la spectroscopie d'impédance électrochimique nous a permis d'étudier la cinétique de la formation des dépôts calcomagnésiens. La morphologie et la structure cristalline des dépôts obtenus ont été caractérisées par microscopie électronique à balayage, par spectroscopie Raman, par diffraction des rayons X et par microscopie à force atomique.

Cathodic protection is commonly used to prevent the corrosion of carbon steels in seawater. This method consists in decreasing the potential of metal so that its corrosion kinetics becomes negligible. It can be achieved via two different procedures. The first one consists in using a generator to provide a sufficiently cathodic current, the second one consists in coupling the metal with so called sacrificial anodes made of a less noble alloy. Cathodic protection promotes oxygen reduction on the metal surface, that is production of OH- ions, increase of the interfacial pH and finally the formation of a mineral deposit. This isolating layer hinders the diffusion of dissolved O2 and therefore decreases the current required for protection. A better understanding of the physico-chemical properties of these deposits should permit to optimise the protection, decrease the energetic need or the sacrificial anodes dissolution. The experiments described here were performed using steel electrodes in artificial seawater. This allowed us to vary an important number of parameters, in particular the composition of the electrolyte. The deposition of Ca compounds and that of Mg compounds were studied separately before the investigation of the simultaneous deposition of Ca and Mg compounds. Chronoamperommetry and electrochemical impedance spectroscopy were used to study the kinetics of formation of the deposits. Scanning electron microscopy, Raman spectroscopy, X-ray diffraction and atomic force microscopy were used to characterise the deposits.