CHAPITRE III PCCI par revêtements électro-conducteurs autonomes :
III.3. Distribution spatiale du courant imposé sur un système à un lit d’armatures passives
III.3.3. Effet de la résistance électrique du revêtement
L’étude de l’effet de la résistance électrique du revêtement nécessite deux spécimens qui possèdent la même géométrie mais revêtu avec deux revêtements différents. D’où le choix de la poutre 𝑃𝐶2
revêtue par le revêtement carbone 𝐹𝐶 et la poutre 𝑃𝑁𝑖 revêtue par le revêtement nickel 𝐹𝑁𝑖. Pour une tension imposée constante, la résistance du revêtement influe sur le courant qui circule dans le circuit : si le revêtement est très résistant électriquement, le courant sera très faible et inversement. Pour cette raison, une tension de 30 𝑉 est imposée au niveau de chacune des deux poutres pendant 62 ℎ𝑒𝑢𝑟𝑒𝑠. Un suivi du courant 𝐼𝐴 est réalisé au niveau de chaque poutre à l’aide d’un multimètre 𝐴𝑔𝑖𝑙𝑒𝑛𝑡 34461𝐴 deux heures après avoir imposé la tension et pour une durée de
60 ℎ𝑒𝑢𝑟𝑒𝑠 . Les deux essais sont réalisés en même temps et chaque multimètre enregistre le
courant 𝐼𝐴 au niveau de chaque poutre toutes les 30 𝑠𝑒𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑠. Les résultats sont présentés dans la figure III.30 : le courant injecté dans la poutre 𝑃𝑁𝑖 est supérieur à celui de la poutre 𝑃𝐶2.
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causé par la variation de la température au niveau de la salle où ces expériences ont eu lieu. La température de consigne est 20℃ mais l’effet d’occupation de la salle (ouverture de la porte…) peut modifier la température. Pour réaliser une étude comparative entre les deux poutres, on va s’intéresser au rapport des courants entre les deux poutres. Ce rapport est désigné par le symbole
𝛾 et exprimé par la relation suivante :
𝛾 = 𝐼𝐴,𝑃𝑁𝑖
𝐼𝐴,𝑃𝐶2 (Eq.III.5)
𝐼𝐴,𝑃𝑁𝑖: courant total au niveau de la poutre 𝑃𝑁𝑖 (µ𝐴) 𝐼𝐴,𝑃𝐶2: courant total au niveau de la poutre 𝑃𝐶2(µ𝐴) 𝛾 : rapport des courants, sans unité
Fig.III. 31- Variation de 𝜸 avec le temps
La figure III.31 montre la variation de 𝛾 en fonction du temps : 𝛾 appartient à l’intervalle
[1.92; 2.56]. Donc, le courant au niveau de la poutre 𝑃𝑁𝑖 est supérieur ou égal à 1.92 fois celui de
la poutre 𝑃𝐶2. Puisque la tension imposée est constante (30 𝑉), on va étudier la résistance électrique des revêtements appliqués sur chaque poutre pour essayer de justifier le rapport 𝛾
obtenu. La résistance 𝑅𝑟 d’un revêtement est donnée par la relation suivante :
𝑅𝑟= 𝐿𝑟
142 𝐿𝑟: longueur d’application du revêtement (𝑚) 𝑙𝑟: largeur d’application du revêtement (𝑚) 𝑒𝑟: épaisseur d’application du revêtement (𝑚) 𝜎𝑟: conductivité électrique du revêtement (𝑚)
On définit alors 𝑅𝐹𝑁𝑖 et 𝑅𝐹𝐶 les résistances des revêtements appliqués sur les poutres 𝑃𝑁𝑖 et 𝑃𝐶2
respectivement. De plus, le facteur 𝜏 désigne le rapport de ces résistances (Eq.III.7).
𝜏 = 𝑅𝐹𝐶
𝑅𝐹𝑁𝑖 (Eq.III.7)
𝜏 : rapport des résistances, sans unité
𝑅𝐹𝐶: résistance du revêtement carbone appliqué sur la poutre 𝑃𝐶2 (𝑂ℎ𝑚) 𝑅𝐹𝑁𝑖: résistance du revêtement Nickel appliqué sur la poutre 𝑃𝑁𝑖 (𝑂ℎ𝑚)
La longueur (𝐿𝑟) et la largeur (𝑙𝑟) d’application de ces revêtements sont les mêmes puisqu’ils sont appliqués sur des poutres de même dimension. On peut alors exprimer 𝜏 par l’équation suivante :
𝜏 = 𝑅𝐹𝐶
𝑅𝐹𝑁𝑖 =
𝜎𝐹𝑁𝑖× 𝑒𝐹𝑁𝑖
𝜎𝐹𝐶× 𝑒𝐹𝐶 (Eq.III.8)
𝜎𝐹𝑁𝑖: conductivité électrique du revêtement nickel = 1018 𝑆 𝑚⁄ 𝜎𝐹𝐶: conductivité électrique du revêtement carbone = 336 𝑆 𝑚⁄
𝑒𝐹𝑁𝑖: épaisseur du revêtement nickel appliqué sur la poutre 𝑃𝑁𝑖 = 160 × 10−6 𝜇𝑚 𝑒𝐹𝐶: épaisseur du revêtement carbone appliqué sur la poutre 𝑃𝐶2 = 235 × 10−6 𝜇𝑚
Remarque : ces valeurs numériques ont été déterminées dans le chapitre 2.
On obtient par calcul un rapport 𝜏 ≈ 2.1. Donc la résistance du revêtement nickel appliqué sur la poutre 𝑃𝑁𝑖 est 2.1 fois inférieure à celle du revêtement carbone appliqué sur la poutre 𝑃𝐶2. On constate alors que la valeur de 𝜏 = 2.1 appartient à l’intervalle de la valeur 𝛾 présenté précédemment [1.92; 2.56]. Donc, la résistance électrique d’un revêtement influe sur la quantité de courant qui circule dans le système de prévention/protection. La résistance dépend à la fois de la conductivité électrique et de l’épaisseur du revêtement. Ces résultats montrent que le facteur 𝜏
calculé précédemment peut être adopté comme paramètre pour comparer deux revêtements électro-conducteur et déterminer celui qui pénalise le moins le courant de prévention/protection. Une méthode expérimentale est aussi proposée pour comparer ces deux revêtements. Cette méthode comparative consiste à mesurer la différence de potentiel ∆𝑽𝒓 au niveau de la surface du revêtement lors de l’essai. Pour réaliser cette mesure, la borne "𝒄𝒐𝒎" du voltmètre est connectée au point "𝑨" par un fil électrique et la borne" + "est connectée à une pointe métallique posée au
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niveau du point de mesure (Fig.III.32). Ce dernier est situé à la surface du revêtement. On note
"𝒅" la distance entre "𝑨" et le point de mesure. Le branchement est identique pour les deux poutres
(𝑃𝑁𝑖 et 𝑃𝐶2) et les mesures ont été réalisées à 𝑡 = 30 ℎ, c’est-à-dire lorsque 𝛾 est égale à 2.2.
Fig.III. 32- Principe de mesure de ∆𝑽𝒓
Fig.III. 33- Mesure de ∆𝑽𝒓 pour les poutres 𝑷𝑵𝒊et𝑷𝑪𝟐
Les résultats sont présentés dans la figure III.33 : on remarque que la différence de potentiel au niveau de la surface du revêtement carbone (∆𝑉𝐹𝐶) est beaucoup plus importante que celle du revêtement nickel (∆𝑉𝐹𝑁𝑖). Le rapport entre ces deux différences de potentiel est symbolisé par 𝛿
et il est égale à : 𝛿 = ∆𝑉𝐹𝐶 ∆𝑉𝐹𝑁𝑖 = 73.2 38.8≈ 1.9 (Eq.III.9) A B 2 3 4 5 6 11 10 9 8 7 Fc ou F Revêtement 1 R A IA + -30V Com Pointe métallique R R R R R R R R R R d +
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voisine de 𝛾 (≈ 2.2) calculée au même moment de l’essai (𝑡 = 30 ℎ).
Globalement, la perte de potentiel au niveau des revêtements par rapport à la tension imposé (30𝑉)
est faible. Elle est égale à 0.24 % dans le cas de la poutre𝑷𝑪𝟐 et 0.13 % dans le cas de la poutre
𝑷𝑵𝒊.
D’après ce qui précède, on peut aboutir aux conclusions suivantes :
• Dans un système de prévention/protection cathodique, si la tension imposée est constante, le courant circulant dans le circuit est d’autant plus grand que la résistance électrique du revêtement est faible. Cette dernière est fonction de la conductivité électrique et de l’épaisseur du revêtement appliqué.
• La comparaison de l’efficacité de deux revêtements électro-conducteurs est possible théoriquement par calcul du rapport de leur résistance (facteur 𝜏). De plus, les mesures expérimentales qui permettent de déterminer les facteurs 𝛾 et 𝛿 peuvent aussi servir pour la comparaison entre les différents revêtements.
• Dans le cas des poutres de dimension 6 × 6 × 230 𝑐𝑚 avec un enrobage de 2.4 𝑐𝑚, la perte du potentiel à la surface du revêtement est relativement faible (≤ 0.24%) même avec le revêtement carbone qui est le moins conducteur.