Etudes expérimentales et simulations des processus de corrosion aux interfaces matériaux métalliques-environnement

Experimental studies and simulations of corrosion processes at the metallic material-environment interfaces

• Auteur / Autrice : Henri Joseph Mendy
• Direction : Annie Chaussé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 09/12/2008
• Etablissement(s) : Evry-Val d'Essonne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie (Evry ; 2008-2015)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Pierre Badiali
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christine Vautrin-Ul, Minh Chau Pham
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dung Di Caprio, Damien Féron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Faraday, Effet

Corrosion

Automates cellulaires

Mots clés libres

Effet chunk

Chunk effect

Résumé

L’objectif de ce travail vise, à partir d’un modèle mésoscopique basé sur les automates cellulaires, qui prend en compte un petit nombre de processus simples, à interpréter les simulations numériques obtenues afin de mieux appréhender la complexité de la corrosion. Dans la première partie de ce mémoire, le modèle est appliqué à deux cas : un métal protégé par une couche isolante présentant un défaut et un métal recouvert d’une couche d’oxyde. Les réactions anodiques et cathodiques simulées peuvent se faire soit sur un même site (réactions localisées) soit sur deux sites différents (réactions spatialement séparées). L’étude des réactions localisées montre le détachement d’îlots métalliques au cours de la corrosion. Ces résultats correspondent à un phénomène mis en évidence expérimentalement l’effet chunk, responsable de déviations à la loi de Faraday. Il est montré que la vitesse effective de corrosion est amplifiée par la production des îlots résultant d’un couplage corrosion-érosion. Les réactions anodiques et cathodiques spatialement séparées sont ensuite étudiées montrant l’influence de la diffusion des espèces acido-basiques dans l’électrolyte et mettant en évidence, un régime initial où la solution reste homogène, suivi d’un régime limité par la diffusion où apparaissent des hétérogénéités chimiques engendrant des hétérogénéités physiques (rugosité du front). Le couplage entre les phénomènes chimiques et morphologiques est clairement démontré. Enfin dans une dernière partie, nous nous sommes attachés à mettre en évidence expérimentalement les déviations à la loi de Faraday dans le cas de la corrosion du zinc en milieu acide sulfurique.

The aim of this study is, using a mesoscopic model based on cellular automata and taking into account a small number of simple processes, to explain numerical simulations obtained in order to better understand the complexity of corrosion. In the first part of this work, the model is used to simulate corrosion in a defect of material protected by an insulating layer and on a metal covered by an oxide layer. Anodic and cathodic reactions simulated in the model can take place in the same site (localized reactions) or in two different (spatially separated reactions) sites. Study of localized reactions shows the detachment of metallic islands during corrosion. These results correspond to a phenomenon which has been experimentally proven, named chunk effect, and is responsible of the deviation with Faraday’s law. It is shown that effective corrosion speed is enhanced by the production of islands resulting from corrosion-erosion coupling. Secondly studies of spatially separated reactions, have shown the influence of the diffusion of acid-basic species in the solution and have permitted to carry out, an initial regime characterised by an homogenous solution, followed by diffusion limited regime, where chemical heterogeneities leading to physical heterogeneities (roughness of the front) appear. The relationship between chemical and morphological phenomena is clearly demonstrated. Finally we have demonstrated experimental deviations with Faraday’s law in the case of zinc corrosion, in sulphuric acid medium.