Influence de la présence de sargasses sur la corrosion marine de l’acier carbone DC01 et des aciers inoxydables 304L et 316L dans les Antilles (Martinique)

Influence of Sargassum washing ashore on marine corrosion of carbon steel DC01 and stainless steels 304L and 316L in the Antilles (Martinique)

• Auteur / Autrice : Diana Benuffe
• Direction : Christophe Roos, Claire Hellio, Paule Salvin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et biologie des organismes - populations - interactions
• Date : Soutenance le 04/12/2023
• Etablissement(s) : Antilles
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Dynamique des environnements dans l'espace Caraïbes-Amériques (Pointe-à-Pitre ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des matériaux et molécules en milieu Agressif [UR4_1]
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Paule Salvin, Régine Basséguy, Alain Dolla, Cristel Onésippe, Michel Vilasi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Régine Basséguy, Alain Dolla

Mots clés

Mots clés contrôlés

Martinique (France)

Corrosion

Acier

Mots clés libres

Corrosion

Aciers

Biocorrosion

Sargasses

Corrosion

Steels

Biocorrosion

Sargassum

Résumé

Depuis plus de 10 ans, les pays et îles de la Caraïbe dont la Martinique sont touchés par des échouements de radeaux de sargasses qui s’intensifient au cours du temps. Leurs produits de décomposition comprennent des composés tels que l’hydrogène sulfuré et l’ammoniac. Ainsi ces échouements massifs d’algues sont devenus une problématique qui impacte la santé (inflammation des voies respiratoires), l’environnement (hypoxie des zones) et l’économie (tourisme). L’eau de mer est un milieu agressif pour les aciers au regard de sa composition chimique et à la grande diversité d’organismes présents. La corrosion des aciers est un processus de dégradation du métal mettant en jeu des réactions d’oxydo-réductions induisant un changement des propriétés physiques et mécaniques (résistance, ductilité) du matériau. En présence de microorganismes présents à la surface du métal et en fonction de leur métabolisme des phénomènes appelé biocorrosion ou CIM (corrosion induite par les microorganismes) apparaissent et peuvent contribuer très activement à la dégradation du matériau qu’ils colonisent. La corrosion marine des structures métalliques a un coût très élevé ; elle peut provoquer de nombreux dégâts économiques, environnementaux et humains. Cette étude avait pour objectif de mesurer l’impact de la présence des radeaux de sargasses sur les paramètres physico-chimiques et sur la diversité des communautés bactériennes du milieu et plus globalement sur la corrosion marine d’aciers immergés. Pour tenter de comprendre et quantifier cet impact, une approche multidisciplinaire a été utilisée en effectuant des suivis de paramètres physico-chimiques, en réalisant des analyses de surfaces, en utilisant des techniques d’électrochimie et en analysant les communautés microbiennes. Trois nuances d’aciers (l’acier carbone DC01 et les aciers inoxydables 304L et 316L) ont ainsi été immergés pour différentes durées sur 3 sites, sur la Côte Atlantique de la Martinique, impactés de manière différentes par la présence de sargasses : le Port du Marigot (sargasses en décomposition/ fraîches), la plage de Frégate Est 2 (sargasses fraîches) et la baie de Cosmy (rare sargasses fraîches). En présence de sargasses décomposées, les paramètres physicochimiques (un pH plus acide, de faibles concentrations en oxygène dissous et un potentiel d’oxydo-réduction négatif) ont subi des variations importantes. Les genres Desulfovibrio, Desulfomonas, Desulfobacter (identifiés actifs dans les phénomènes de biocorrosion) sont présents en proportions variables sur les différents sites. En effet, ces résultats sont corrélés avec l’observation des coupons (formation d’une couche stratifiée de produits de corrosion de couleur noir, la présence de soufre élémentaire) et avec des vitesses de corrosion très élevées. Les valeurs maximales de vitesses de corrosion enregistrées sont de l’ordre de 2,8± 0,7 mm/an pour l’acier DC01, 6,6±1,48 mm/an pour l’acier 304L et de 0,2 mm/an pour le 316L au site PM. En conclusion, la présence de radeaux de sargasses influence à la fois les paramètres physico-chimiques du milieu, les communautés bactériennes mais aussi la corrosion marine des aciers.

Over 10 years, the countries and islands of the Caribbean, including Martinique, have been impacted by Sargassum rafts washing ashore. The decomposition of these alga rafts in the intertidal zone allows the formation of compounds such as hydrogen sulphide, ammonia. Thus these massive stranding of algae have become a problem due to their impact on health (inflammation of respiratory tract), on the environment (hypoxic zones) and economic (tourism). Seawater is an aggressive environment for steels due to its chemical composition and the diversity of marine organisms present. Steel corrosion is a process of degradation of the metal involving oxidation-reduction reactions inducing a change in its physical and mechanical properties (strength, ductility). With presence of microorganisms on the surface of the metal, it is called biocorrosion or MIC. Marine corrosion of steels structures has a very high cost and can cause numerous economic (breakage), environmental and human damages. The objectives of this study were to know if the presence of Sargassum rafts would have an influence on the physico-chemical parameters, the bacterial communities of the environment but also the marine corrosion of steels. To identify the influence of Sargassum rafts, a multidisciplinary approach is used with monitoring of physico-chemical parameters, surface analysis, electrochemical techniques and analysis of microbial communities. Three grades of steel (carbon steel DC01 and stainless steels 304L and 316L) were immersed from 7 to 120 days on 3 sites in the Atlantic Coast impacted in different ways by the presence of Sargassum: Marigot harbor PM (decomposing/fresh Sargassum), Frégate Est 2 beach FE2 (fresh Sargassum) and Cosmy bay Co (rare fresh sargassum). In the presence of decomposed Sargassum (PM), the lowest pH, dissolved oxygen concentration, and redox potential values were measured. Moreover, the genera Desulfovibrio, Desulfomonas, Desulfobacter represent 14% of the total bacterial communities at the PM site compared to the Co site where they are only 3%. These genera are particularly known in the phenomena of biocorrosion. Indeed, these results are correlated with a very degraded state of the coupons, the formation of a stratified layer of black corrosion products, the presence of elemental sulfur and very high corrosion rates in the presence of Sargassum. Maximum corrosion rates recorded for DC01 was 2.8± 0.7 mm/y, for 304L was 6.6±1.5 mm/y and for 316L was 0.2mm/y. Thus, the presence of Sargassum rafts influences both the physico-chemical parameters of the environment, the bacterial communities but also the marine corrosion of steels.