Rôle de la structuration des patines formées sur acier autopatinable vis-àvis de la résistance à la corrosion atmosphérique : Influence de la diminution des teneurs en SO2 dans les atmosphères post-industrielles

Role of the structuration of patinas forms on weathering steel with regard to atmospheric corrosion : resistance in relation to the reduction of SO2 levels in post-industrial atmospheres

• Auteur / Autrice : Jean-Michel Morel
• Direction : Juan Creus, Laurent Gaillet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance le 09/03/2022
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Euclide (La Rochelle ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur pour l’Environnement (La Rochelle) - Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des réseaux. Département matériaux et structures
• Jury : Président / Présidente : Laurent Arurault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Juan Creus, Laurent Gaillet, Laurent Arurault, Delphine Neff, Vincent Vignal, Emmanuel Rocca, Marie Touzet-Cortina
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Delphine Neff, Vincent Vignal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effets du dioxyde de soufre

Fractographie

Corrosion

Aciers alliés

Mots clés libres

Acier autopatinable

Corrosion atmosphérique

Essais de corrosion en milieu naturel

Essais de corrosion accélérée

Analyses fractographiques

Weathering steel

Atmospheric corrosion

Natural corrosion testing

Accelerated corrosion testing

Fractographic analysis

Résumé

L’objectif du présent travail était de déterminer dans quelle mesure la réduction drastique des teneurs en SO2 des atmosphères post-industrielles a affecté la cinétique de corrosion des aciers autopatinables ainsi que leurs morphologie, composition chimique et structure cristalline. Les expérimentations ont couvert un large spectre de nuances d’acier, de durée d’exposition et de conditions de formation de ces patines. La structuration des patines a été étudiée avec notamment la mise en œuvre de fractographies cryogéniques ainsi que le suivi des cinétiques de corrosion. Les produits de corrosion des aciers autopatinables et des aciers conventionnels présentent une structuration similaire composée d’une couche de lépidocrocite stratifiée surmontant des produits de corrosion plus denses et plus protecteurs, généralement de la goethite. Ces produits formés localement s’étendent puis forment une couche protectrice relativement homogène. L’analyse des défauts présents dans les patines suggère un lien étroit entre leur densité et la vitesse de corrosion. Les éléments d’alliage joueraient alors un rôle dans la réduction de ces défauts mais les mécanismes exacts restent à établir. L’ensemble de ces résultats a conduit à remettre en question les paramètres du modèle prédictif de résistance à la corrosion de la norme ISO 9223 car ils ne sont pas adaptés à des environnements pauvres en SO2. Ils ont par ailleurs permis de proposer une méthode alternative et non destructive de suivi de la performance vis-à-vis de la corrosion des aciers faiblement alliés, cette famille englobant les aciers dits autopatinables.

The aim of this work was to determine the extent to which the drastic reduction in SO2 levels in postindustrial atmospheres affected the corrosion kinetics of weathering steels as well as their morphology, chemical composition and crystallographic structure. The experiments covered a wide spectrum of steel grades, exposure time and conditions of formation of these patinas. The structuring of the patinas has been studied with in particular the implementation of cryogenic fractography as well as the kinetics corrosion monitoring. Corrosion products formed on weathering steels or on conventional steels have a similar structuration consisting of a layer of laminated lepidocrocite over denser and more protective corrosion products, usually goethite. These products extend up to forming a relatively homogeneous protective layer. The analysis of the defects of the patinas suggests a very close relation between their density and the corrosion rate. Alloying elements would then play a role in reducing these defects but the exact mechanisms remain to be established. All these results have led to questioning the parameters of the predictive corrosion resistance model of the ISO 9223 standard because they are not adapted to environments with very low level of SO2. They also made it possible to propose an alternative and on destructive method of monitoring the corrosion’s performance of low-alloy steels, this family encompassing so-called weathering steels