1.3 Aspects cinétiques
On a vu dans le cours d’oxydoréduction que l’aspect cinétique est déduit de l’étude des courbes intensité-potentiel. On trace au tableau la demie-vague d’oxydation du fer solide enF e2+, et la demie-vague de réduction deH2OenH2,
àp H=0. Les valeurs utiles sont, pour une concentration [F e2+]=10−6mol.L−1,E(F e2+/F e)= −0, 63 V,E(H2O/H2)=
0 V etηc(sur F e)= −0, 46 V. L’électrode de fer plongée seule dans l’eau ne pouvant être parcouru par aucun courant : tous les électrons émis lors de l’oxydation sont consommés lors de la réduction de sorte que l’on a nécessairement
ia=ic, appeléeintensité de corrosion, et cette relation impose la valeur du potentiel appelépotentiel mixte[26], p. 314. On peut tracer la courbe pour le même couple mais àp H=7. C’est alorsF e2O3qui est l’espèce oxydée stable et on a toujoursE(H2O/H2)=E◦−0, 06p H= −0, 42 V etηc(sur F e)= −0, 46 V, mais le potentiel du couple du fer est changé en−0, 56−0, 06p H= −0, 98 V (prendre en compte la réaction 2F e+9H2O→F e2O3+6e−+6H3O+).
Expérience : Montrer l’influence du pH sur la vitesse de la corrosion en menant en parallèle de la première expérience une expérience en milieu neutre.Essayer de la commencer au tout début de la préparation pour voir quand même quelque chose pendant la leçon !
Transition :Lorsque, comme on vient de le voir pour le fer dans l’eau àp H=7, la réaction de corrosion est lente, elle ne peut-être homogène et on voit alors un phénomène de corrosion hétérogène, appelé corrosion différentielle.
2 Facteurs influençant la corrosion
2.1 Corrosion différentielle, notion de micropile
Définition de la corrosion différentielle ([20], p.399).
Notion de pile : La situation est analogue au fonctionnement d’une pile électrochimique où les deux électrodes se-raient directement reliées (en court-circuit). La corrosion différentielle est ainsi souvent appelée corrosion électrochi-mique.
• La zone où le métal est attaqué est donc l’anode de la micropile. Elle est progressivement détruite au cours de la réaction.
• La zone où l’agent oxydant (H2O,O2) est réduit est donc la cathode.
Ce sont les ions présents en solution qui conduisent la charge en dehors du métal. La corrosion est ainsi d’autant plus efficace que la solution est ioniques, typiquement l’eau de met - Premier facteur influençant la corrosion.
Expérience : Est-ce que si en parallèle de l’expérience précédente on fait la même chose dans l’eau salée on voit une différence ? à essayer ...
2.2 Influence de l’aération
Expérience de la goutte d’Evans : il y a plus d’oxygène en périphérie et la réaction chimique tend à faire disparaitre cette inhomogénéité. Ainsi, la réduction deO2enH2Oa lieu là où la concentration en dioxygène est la plus impor-tante, donc en périphérie : c’est la cathode. L’anode, au contraire, est au centre de la goutte. C’est le lieu de l’oxydation deF eenF e2+, donc de la corrosion du fer. Application à une crevasse dans la surface, creusée par la corrosion.
Expérience : Voir expérience de la goutte d’Evans dans [14], p.166.
2.3 Influence de l’état de surface
Ce paragraphe peu éventuellement sauter - Une surface abimée augmente l’aire efficace de la réaction chimique et s’oxyde ainsi plus rapidement.
Expérience : Influence de l’écrouissage sur la corrosion d’un clou. Voir [44], p.290.
Transition :Pour revenir à notre introduction sur les enjeux industriels, on doit maintenant se poser la question de comment protéger un métal de la corrosion .
LC N° 26. CORROSION HUMIDE DES MÉTAUX (CPGE) 3. STRATÉGIES DE PROTECTION
3 Stratégies de protection
3.1 Protection par passivation
On a déjà évoqué le sujet sur le diagramme E-pH. On le réalise ici expérimentalement : Expérience : Tracé de la courbe i-E du fer. Potentiel de Flade. Voir [14], p. 269.
3.2 Protection par traitement de surface
(Peut éventuellement être sautée si on est dans le rush) Idée super simple : recouvrir le métal d’une couche pro-tectrice ! Par exemple, un verni/peinture neutre inoxydable, un dépôt de couche propro-tectrice par réaction chimique (parkérisation) - ex : Fe plngé dansF ePO4chaud donne une couche de phosphate de fer, dépôt d’une couche d’un atre métal (galvanisation) soit plus électropositif mais qui se passive bien, comme le zinc, ou moins électropositif, comme le chrome, qui ne va donc pas corroder. Ok pour des petites pièces type visserie etc, éventuellement jusqu’au camionnette... mais pas trop jouable pour protéger la coque d’un bateau.
3.3 Protection par une anode sacrificielle
Expérience : Faire les expériences de clou en fer enroulé de zinc ou cuivre respectivement dans deux boîtes de pétri différentes et étudier leur corrosion. [14], p.171 en remplaçant le magnésium par du zinc..
On a déjà expliqué pourquoi au contact du cuivre la corrosion est empirée. On explique enfin pourquoi au contact du zinc elle est évitée ! Voir une anode sacrificielle de bateau surslide. On peut s’amuser à faire la petite application numérique pour la coque de navire présentée dans [6], p.253. 40% de la production française de zinc sont consacrés à protéger l’acier de la corrosion !
Conclusion :Ouvrir sur une autre méthode pour protéger l’acier : la présence de Nickel et/ou de chrome dans l’alliage : Nickel-Chrome ! mais cher, donc la plupart du temps c’est acier + protection. On peut aussi parler (et se renseigner) de protection par courant/potentiel imposé.
BONUS:
• Le domaine de passivation est plus subtil que celui qui apparaît sur le diagramme E-pH : il peut être plus petit, si un des solides formés et en fait poreux et ne forme pas une couche imperméable sur le métal. Au contraire, il peut être plus grand dans certaines conditions. Par exemple, leCO2de l’air peut se dissoudre dans l’eau et donnerHCO3−qui, lors de la corrosion du zinc enZ n2+, forme un précipité imperméable :Z n(HCO3)2.
LC N° 27. CONVERSION RÉCIPROQUE D’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE EN ÉNERGIE CHIMIQUE (CPGE)