Développement de revêtements multifonctionnels combinant les propriétés anti-corrosion et antisalissure

Development of Multifunctional Coatings Combining Anticorrosion and Antibiofouling Properties

• Auteur / Autrice : Caroline Villardi de Oliveira
• Direction : Akram Alhussein, Frédéric Sanchette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, optique, nanotechnologie
• Date : Soutenance le 12/12/2019
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : : CEA (Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Delaunay / ICD
• Jury : Président / Présidente : Juan Creus
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Sanchette, Juan Creus, Albano Cavaleiro, Francis Maury, Alain Billard, Carmen Jimènez, Frédéric Schuster
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Albano Cavaleiro, Francis Maury

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pulvérisation cathodique

Dépôt chimique en phase vapeur

Salissures biologiques

Corrosion

Photocatalyse

Mots clés libres

Photocatalyse

Corrosion

Salissures biologiques

Dépôt chimique en phase vapeur

Pulvérisation cathodique

Photocatalysis

Corrosion

Fouling organisms

Chemical vapor deposition

Magnetron sputtering

Résumé

Quand un métal est immergé dans l'eau de mer, les interactions entre le métal, les organismes vivants et l'environnement marin provoquent un bio-encrassement et une corrosion des composants métalliques, presque simultanément. Cette thèse est focalisée sur le développement d’un film anticorrosion basé sur un alliage Al-Zr qui a une fonction de protection cathodique de l’acier, et d’un film TiO2 qui a des propriétés photocatalytiques. La combinaison de ces deux films permet de développer un nouveau revêtement multifonctionnel capable d’éviter la corrosion et l’encrassement biologique des structures marines. Le film d’Al-Zr (4 at.% Zr) est d’abord déposé sur acier par pulvérisation cathodique, et le film de TiO2 est ensuite déposé par CVD afin de ralentir le processus de bio-encrassement. Le film de TiO2 en phase anatase contient des micro-fleurs spontanément générées à partir du film et présente un taux de dégradation très élevé du colorant organique Orange G. Cette performance photocatalytique est associée à la grande surface effective développée. Des tests électrochimiques en solution saline ont révélé que les bicouches Al-Zr/TiO2 offrent une bonne protection par l’oxydation préférentielle et une résistance à la corrosion par piqûres. Finalement, films de Cu-Ti-O ont été déposés par AAMOCVD en utilisant une combinaison de deux précurseurs afin d’améliorer les propriétés photocatalytiques et anti-bioencrassement. Des tests de biossalisure in situ sur le port de Lorient en France ont été réalisés afin d’évaluer les performances antisalissure des revêtements.

Once a metal is submerged into seawater, interactions between metal, living organisms and marine environment result in biofouling and corrosion of metal components, almost at the same time. This thesis is focused on the development of an anti-corrosion Al-Zr film providing cathodic protection for steel parts and of a TiO2 film providing photocatalytic properties. The combination of both films is performed in order to develop a novel multi-functional coating able to avoid corrosion and biofouling of marine structures. An optimized Al-Zr (4 at.% Zr) underlayer film was deposited by magnetron sputtering, and TiO2 was added as a top layer by aerosol CVD in order to slow down the biofouling process. Anatase TiO2 films containing microflowers physically attached to the TiO2 films presents high decomposition rate of Orange G dye. The enhanced photocatalytic performance is associated with the high effective surface associated to the TiO2 microflowers. Electrochemical tests in saline solution have revealed that Al-Zr/TiO2 bilayers provide good protection through the preferential oxidation and an increased pitting resistance. Finally, films of Cu-Ti-O were deposited by AAMOCVD using a combination of two precursors in order to improve photocatalytic and antibiofouling properties. Marine biofouling field test, in Lorient’s Harbor in France, were carried out in order to evaluate the antifouling performance of the coatings.