Protéger les biens métalliques contre la corrosion

La corrosion désigne le phénomène de dégradation de l’état d’un matériau, notamment par une pollution environnementale chimique et/ou biologique.

Dans le cadre de la prévention de la corrosion de biens métalliques, deux solutions principales existent :

• L’application d’un revêtement protecteur sur les parties métalliques à protéger,
• La mise en œuvre d’une protection cathodique des parties métalliques à protéger.

1. Description du phénomène

La corrosion désigne le phénomène de dégradation de l’état d’un matériau, notamment par une pollution environnementale chimique et/ou biologique. Dans le cas des métaux, la norme NF EN ISO 8044 définit la corrosion comme « l’interaction physico-chimique entre un métal et son milieu environnant entraînant des modifications dans les propriétés du métal et pouvant conduire à une dégradation significative de la fonction du métal, de son milieu environnant ou du système technique dont ils font partie ». Dans la plupart des cas, il s’agit d’une réaction de nature électrochimique, mais elle peut aussi être de nature purement chimique.

Sept types de corrosions des biens métalliques sont recensées et peuvent atteindre des infrastructures métalliques (poutres, canalisations, armatures, …), qu’elles soient enterrées ou aériennes :

• La corrosion généralisée ou uniforme. Cette corrosion progresse approximativement à la même vitesse sur l’ensemble de la surface,
• La corrosion galvanique, due à un couplage électrique entre deux métaux ou alliages différents, dans un environnement corrosif conducteur entraînant la formation de piles électriques,
• La corrosion par piqûres, très localisée et généralement rencontrée dans l’eau de mer. Elle est le résultat de l’actions d’ions de chlore, de brome ou d’iode,
• La corrosion caverneuse, plus fréquemment rencontrée dans des fentes ou des crevasses favorisant les dépôts ou/et la présence de petits volumes de solution stagnante,
• La corrosion intergranulaire, localisée et sélective, qui se traduit par une dissolution préférentielle aux joints des grains (précipitation de carbures au cours du chauffage lors du soudage),
• La corrosion sous contrainte mécanique. Elle résulte d’un processus de développement de fissures, pouvant aller jusqu'à la rupture complète de la pièce, sous l'action combinée d'une tension mécanique et d'un milieu corrosif,
• La corrosion sélective, qui se traduit par la dissolution sélective de l’un des éléments de l’alliage (la dézincification du laiton est l’exemple le plus connu).

L’identification et la réparation d’une corrosion existante nécessite le recours à des sociétés spécialisées.

2. Paramètres influençant le phénomène

Dans l’état actuel des connaissances, la bibliographie ne mentionne pas de retour d’expérience de corrosion majeure de matériaux métalliques par des composés organiques dans des conditions « normales » de température, pression, … Ainsi, les fiches ED 4223 et 4226 de l’Institut National de Recherche et de Sécurité (INRS, 2011) mentionnent que les hydrocarbures aromatiques ne corrodent pas les métaux usuels mais que les hydrocarbures halogénés non stabilisés (généralement non commercialisés) « peuvent avoir une certaine action sur les métaux usuels et provoquer une corrosion des surfaces métalliques ». Par ailleurs, « sous l’action combinée de températures élevées (120°C à 400°C selon les substances), de l’air et de rayonnements UV, les produits halogénés tendent à se décomposer en formant le plus souvent des halogénures d’hydrogène corrosifs […] »

a. Dans les sols

L'évaluation des risques de corrosion des matériaux métalliques dans les sols se fait en suivant les recommandations des normes NF EN 12501-1, -2.

L'agressivité des sols vis-à-vis des biens métalliques est souvent due à des pollutions du sol par des sels (de déverglaçage par exemple), à la présence de composés soufrés (et par extension de bactéries susceptibles de produire des produits soufrés), et au pH environnant. Ci-dessous quelques valeurs limites au-delà desquelles l’usage d’un tuyau en métal peut être remis en question (WRAS, 2002) :

b. Dans les eaux

Les principaux paramètres chimiques et biologiques considérés pour l'évaluation des risques de corrosion des matériaux métalliques par une eau potentiellement polluée sont les suivants :

• L’acidité du milieu,

• La salinité du milieu (présence de sels de métaux alcalins, sels acides, sels d'ammonium, sels alcalins, sels oxydants),

• L’effet du CO₂ en présence et en absence d'oxygène,

• La présence de sels réducteurs (sulfures, ammonium),

• La présence de particules solides en suspension,

• La présence de micro-organismes (Thiobacillus, Gallionella, Leptothrix en milieu aérobie et bactéries sulfurogènes en milieu anaérobie).

L'impact de ces divers paramètres sur les formes et la vitesse de corrosion des matériaux métalliques dépend de leur nature et des conditions environnantes (température, stagnation ou non de l’eau, vitesse de circulation de l’eau, etc.). Il n'existe à l’heure actuelle pas de norme, définissant des classes d'agressivité d'environnement aqueux vis-à-vis des matériaux métalliques dans des conditions données d'utilisation.

L'évaluation du risque d'agressivité d'une eau vis-à-vis d'un matériau métallique doit par conséquent être menée au cas par cas (pour un matériau donné et dans des conditions d'utilisation spécifiques - température, pression, vitesse de circulation du fluide) en considérant les paramètres chimiques et biologiques définis ci-dessus.

c. Dans l’air

L’évaluation des risques de corrosion des métaux dans l’air se faisait en suivant la norme NF EN 12500, désormais annulée en mars 2012 et remplacée par les normes NF EN ISO 9223, NF EN ISO 9224, NF EN ISO 9225 et NF EN ISO 9226.

Les principaux paramètres considérés pour l'évaluation des risques de corrosion des métaux en environnement atmosphérique sont :

• La teneur en vapeur d'eau,

• La présence de gaz acides, tels que : H₂S, SO₂, NO_x et de NH₃,

  • La pollution acide est générée par les retombées de polluants sous l'effet des vents et des précipitations,

  • Le dioxyde de soufre (SO₂) est émis principalement par la combustion énergétique et industrielle ainsi que par le transport routier,

  • Les oxydes d'azote (NO_x) sont issus du transport routier et dans une moindre mesure de la production électrique et industrielle,

  • L'ammoniac (NH₃) a pour origine principale l'agriculture et la sylviculture,

• La contamination atmosphérique par des sels (particulièrement les chlorures et sulfates).

En cas de remontées de vapeurs de solvants chlorés dans un local dans lequel fonctionne une chaudière aspirant l’air du local (l’oxygène de l’air est le comburant de la réaction de combustion), des cas de forte corrosion de la chaudière ont été rencontrés. Outre l’endommagement de la chaudière, visible sur les photos ci-dessous, il est rappelé que la combustion de solvants chlorés entraîne la formation d’acide chlorhydrique (responsable de la corrosion de la chaudière) et de monoxyde de carbone, gaz très dangereux (risque d’asphyxie). La combustion de solvants chlorés peut également entraîner la création de phosgène, gaz mortel utilisé dans les tranchées pendant la Première Guerre Mondiale. Afin de placer les photos suivantes dans leur contexte, le sous-sol abritant cette chaudière contenaient des concentrations de plusieurs mg/m³ de PCE. 

Photographie 1 - Corps de chauffe d’une chaudière au gaz, corrodé (zones jaunes notamment). Cette pièce est très épaisse et normalement peu enclin à ce genre de dégradation. Crédit photo : ADEME.

Photographie 2 - Carter d’une chaudière au gaz, particulièrement corrodé. Crédit photo : ADEME.

Afin d’éviter tout risque de corrosion de la chaudière dans pareilles circonstances (étant rappelé que de telles concentrations en solvants chlorés dans un local sont extrêmement problématiques), il convient d’agir sur les remontées de vapeurs au moyen d'un Système de Dépressurisation Sous Dalles (SDSD) et de changer de types de chaudière (utilisation de chaudières à ventouses qui ne fonctionnent pas grâce à l’air du sous-sol).

3. Solutions envisageables

Dans le cadre de la prévention de la corrosion de biens métalliques, deux solutions principales existent :

a. L’application d’un revêtement protecteur sur les parties métalliques à protéger

On distingue les traitements de surface, exécutés préalablement en atelier (revêtements métalliques), de ceux qui peuvent être réalisés sur site lorsque l'accès à la surface métallique à traiter est possible (revêtements organiques de type peinture, vernis, bitume, revêtement plastique).

Les revêtements métalliques

On distingue deux types de revêtements :

• Anodiques. Le revêtement est choisi parmi les métaux les moins nobles par rapport au métal de base. Il se corrodera préférentiellement à celui-ci dans le cas d'une discontinuité. Le principal revêtement utilisé est le zinc (parfois le cadmium) sous divers procédés,

• Cathodiques. Le revêtement est plus noble que le métal de base, et doit assurer une protection parfaite. Son recouvrement doit également être parfait, car la moindre discontinuité entraîne une corrosion locale accélérée du métal de base (ex. : or sur acier).

Ces deux types de revêtements sont efficaces et très utilisés dans l’industrie métallurgique. Leur utilisation dans le domaine des Sites et Sols Pollués semble moins évidente compte tenu des précautions à prendre lors de leur mise en place.

Les revêtements organiques

Les revêtements organiques constituent des écrans ou "protections passives" contre la corrosion, en empêchant le liquide de toucher le solide métallique. Ainsi, aucune des réactions électrochimiques liées à la corrosion métallique ne peut se produire.

Il s'agit essentiellement de mettre en place des peintures, vernis, bitumes, graisses, cires et des huiles. Des revêtements polymères peuvent également être utilisés pour la protection de la surface interne de canalisations. Ces protections sont efficaces tant qu'elles restent étanches et adhérentes.

b. La mise en œuvre d’une protection cathodique des parties métalliques à protéger

La protection cathodique est une technique réduisant la vitesse de corrosion d'un matériau métallique en présence d'un milieu aqueux, par diminution de son potentiel de corrosion. L'ouvrage métallique à protéger est alors placé à un potentiel tel que la vitesse de corrosion devient acceptable sur toute la surface de métal en contact avec le milieu aqueux. Cette protection est généralement complémentaire d’une protection par revêtement.

Pour modifier le potentiel du métal à protéger (qui est alors la cathode, d’où le nom de cette technique), une anode installée dans le même électrolyte est reliée au métal à protéger. Les anodes peuvent être de deux types :

• soit des anodes ayant un potentiel plus électronégatif que le métal à protéger (anode sacrificielle : dans ce cas, le métal de l’anode est moins noble que le métal à protéger, du zinc par exemple),

• soit des anodes couplées à un générateur de tension continue imposant une différence de potentiel entre les deux métaux (méthode à courant imposé).

Contrairement aux traitements de surface exécutés en atelier (galvanisation à chaud, anodisation) et aux systèmes de revêtement, la protection cathodique est un procédé qui doit être toujours actif. Ainsi, une électrode sacrificielle devra être changée avant d’avoir été complètement dissoute ou l’alimentation en courant continu devra toujours être en marche, au risque de permettre un début de corrosion en cas de défaut du revêtement protégeant le matériau métallique. Son efficacité contre la corrosion peut être totale si cette protection est bien conçue.

La protection cathodique est donc définie comme une protection active, par opposition aux protections dites passives (système de peinture). En application de ce principe, il est évident que la protection cathodique doit respecter certains critères, ce qui nécessite d'une part, la mise en œuvre d'une technologie adéquate et d'autre part, une maintenance suivie.

Revêtements : vérifier l'état des revêtements selon les préconisations du fabricant ou d'une société compétente.

Protection cathodique : vérifier l'état et le bon fonctionnement de la protection cathodique selon les préconisations du fabricant, de l'installateur ou d'une société compétente.

Faire appel à une société spécialisée.

Possibilité de maintenir une alimentation en continu (cas d’une protection cathodique couplée à un générateur de tension continue).

Possibilité d’intervenir sur site et d’accéder à l’anode sacrificielle afin de la changer avant complète disparition.

1. Bibliographie

BRGM (Août 2014) 
Guide relatif aux mesures constructives utilisables dans le domaine des SSP.
(en Français), BRGM RP-63675-FR
http://ssp-infoterre.brgm.fr/guide-relatif-aux-mesures-constructives
http://infoterre.brgm.fr/rapports/RP-63675-FR.pdf

Institut National de Recherche et de Sécurité (INRS) (2011)
Fiche solvants ED 4223
http://www.inrs.fr/dms/inrs/CataloguePapier/ED/TI-ED-4223/ed4223.pdf

Institut National de Recherche et de Sécurité (INRS) (2011)
Fiche solvants ED 4226
http://www.inrs.fr/dms/inrs/CataloguePapier/ED/TI-ED-4226/ed4226.pdf

NF EN ISO 8044
Corrosion des métaux et alliages - Termes principaux et définitions
https://www.boutique.afnor.org/norme/nf-en-iso-8044/corrosion-des-metaux-et-alliages-termes-principaux-et-definitions/article/823036/fa059178

NF EN 12501-1, -2
Protection des matériaux métalliques contre la corrosion - Risque de corrosion dans les sols - Partie 1 : généralités, - Partie 2 : matériaux ferreux faiblement alliés ou non alliés
https://www.boutique.afnor.org/norme/nf-en-12501-1/protection-des-materiaux-metalliques-contre-la-corrosion-risque-de-corrosion-dans-les-sols-partie-1-generalites/article/655456/fa044060
https://www.boutique.afnor.org/norme/nf-en-12501-2/protection-des-materiaux-metalliques-contre-la-corrosion-risque-de-corrosion-dans-les-sols-partie-2-materiaux-ferreux-faiblement/article/739325/fa114402

NF EN ISO 9223
Corrosion des métaux et alliages - Corrosivité des atmosphères - Classification, détermination et estimation
https://www.boutique.afnor.org/norme/nf-en-iso-9223/corrosion-des-metaux-et-alliages-corrosivite-des-atmospheres-classification-determination-et-estimation/article/692298/fa162742

NF EN ISO 9224 
Corrosion des métaux et alliages - Corrosivité des atmosphères - Valeurs de référence relatives aux classes de corrosivité
https://www.boutique.afnor.org/norme/nf-en-iso-9224/corrosion-des-metaux-et-alliages-corrosivite-des-atmospheres-valeurs-de-reference-relatives-aux-classes-de-corrosivite/article/650196/fa162743

NF EN ISO 9225
Corrosion des métaux et alliages - Corrosivité des atmosphères - Mesurage des paramètres environnementaux affectant la corrosivité des atmosphères
https://www.boutique.afnor.org/norme/nf-en-iso-9225/corrosion-des-metaux-et-alliages-corrosivite-des-atmospheres-mesurage-des-parametres-environnementaux-affectant-la-corrosivite-d/article/661039/fa162744

NF EN ISO 9226
Corrosion des métaux et alliages - Corrosivité des atmosphères - Détermination de la vitesse de corrosion d'éprouvettes de référence pour l'évaluation de la corrosivité
https://www.boutique.afnor.org/norme/nf-en-iso-9226/corrosion-des-metaux-et-alliages-corrosivite-des-atmospheres-determination-de-la-vitesse-de-corrosion-d-eprouvettes-de-reference/article/656066/fa162745

NF ISO 19097-1 (Mai 2018)
Méthode d'essai accéléré de durabilité des anodes à oxydes métalliques mixtes pour la protection cathodique - Partie 1 : application dans le béton
https://www.boutique.afnor.org/norme/nf-iso-19097-1/methode-d-essai-accelere-de-durabilite-des-anodes-a-oxydes-metalliques-mixtes-pour-la-protection-cathodique-partie-1-application/article/877913/fa189850

NF ISO 19097-2 (Mai 2018)
Méthode d'essai accéléré de durabilité des anodes à oxydes métalliques mixtes pour la protection cathodique - Partie 2 : application dans les sols et eaux naturelles
https://www.boutique.afnor.org/norme/nf-iso-19097-2/methode-d-essai-accelere-de-durabilite-des-anodes-a-oxydes-metalliques-mixtes-pour-la-protection-cathodique-partie-2-application/article/877908/fa189542

NF EN 16299 (Juin 2013)
Protection cathodique des surfaces externes des fonds de réservoirs de stockage aériens en contact avec le sol ou les fondations
https://www.boutique.afnor.org/norme/nf-en-16299/protection-cathodique-des-surfaces-externes-des-fonds-de-reservoirs-de-stockage-aeriens-en-contact-avec-le-sol-ou-les-fondations/article/704321/fa150110

NF EN 13636 (Décembre 2004)
Protection cathodique des réservoirs métalliques enterrés et tuyauteries associées
https://www.boutique.afnor.org/norme/nf-en-13636/protection-cathodique-des-reservoirs-metalliques-enterres-et-tuyauteries-associees/article/692037/fa050008

NF EN 12954 (Avril 2004) (en cours de révision).
Protection cathodique des structures métalliques enterrées ou immergées - Principes généraux et application pour les canalisations.
https://www.boutique.afnor.org/norme/nf-en-12954/principes-generaux-de-la-protection-cathodique-des-structures-metalliques-a-terre-enterrees-ou-immergees/article/877144/fa155866

Water Regulations Advisory Scheme (WRAS) (2002)
Information and Guidance Note., No. 9-04-03