Chapitre 1 Synthèse bibliographique
I.5. Objectifs de l’étude
Cette revue bibliographique a permis d’établir un bilan des connaissances acquises et d’identifier des besoins dans le contexte de la corrosion en milieu saturé anoxique.
Concernant les études précédemment menées sur des objets archéologiques enfouis, celles-ci ont permis de mettre en place une terminologie adaptée qui sera utilisée dans le cadre de cette étude. Par ailleurs, elles ont également permis de proposer une méthodologie analytique de caractérisation du système de corrosion constitué du matériau, des produits de corrosion et du milieu d’enfouissement. Les faciès de corrosion y ont été déterminés selon des coupes transversales à l’aide de techniques microfaisceaux permettant d’obtenir une caractérisation fine d’un système hétérogène. En outre, l’utilisation de voie d’exploration électrochimique ainsi que de marqueurs de réactions a été mise en place afin de compléter la caractérisation physico-chimique. Cependant, ces études ne portent pas spécifiquement sur la corrosion en milieu anoxique et des phases de fer formées en milieu oxydant constituent la majorité des produits de corrosion identifiés. Nous pouvons donc envisager de reprendre la méthodologie mise en place afin de l’adapter à l’étude d’objets archéologiques ferreux corrodés en milieu anoxique.
Par ailleurs, de nombreuses expérimentations concernant la corrosion en milieu anoxique ont été effectuées sur des périodes plus courtes. La couche de produits de corrosion formée dans ces études, présente au plus quelques micromètres d’épaisseur. Dans ce contexte et bien que les auteurs ne soient pas tous en accord, les principaux produits de corrosion pouvant être formés sont, en eau pure, l’hydroxyde ferreux et la magnétite selon la température à laquelle est menée l’expérience, et, en eau carbonatée, une phase carbonatée ou contenant un mélange hydroxyde/carbonate. Dans ces études, plusieurs mécanismes de corrosion ont pu être proposés, mais ceux-ci ne sont pas en accord ou présentent des points de vue incomplets puisque fondés sur une unique méthode d’analyse. Dans plusieurs travaux, est soulevée la question de la présence d’une couche passive formée à l’interface avec le métal qui induirait un changement de la vitesse de réaction, en jouant notamment sur l’étape limitante de la réaction de corrosion. Afin de disposer de données sur le comportement à très long terme, il apparaît nécessaire d’élucider ces mécanismes sur des couches épaisses de produits de corrosion.
Dans ce contexte, les objectifs de cette étude sont multiples. Dans un premier temps, les discussions sur les produits de corrosion formés sur des temps courts ont fait ressortir le besoin d’établir une caractérisation fine du faciès de corrosion formé sur une période pluriséculaire. Si les études menées en laboratoire en environnement contrôlé présentent la possibilité de former plusieurs phases, il est nécessaire d’évaluer ce qui se passe en milieu naturel. En outre, l’agencement des produits de corrosion dans la couche n’a pas réellement été étudié. Pour cela, la méthodologie mise en place par Neff [3] et Pons [2] pour l’étude d’objets archéologiques sera adaptée en couplant des techniques d’analyse microfaisceau afin d’intégrer des données sur la localisation exacte des phases. Par ailleurs, la nature de l’électrolyte jouant un rôle prépondérant sur la nature des phases et
sera effectuée. La prise en compte des paramètres environnementaux et leur influence sur la formation des produits de corrosion seront intégrées par le biais de modélisation thermodynamique, selon la même méthodologie que celle de Matthiesen [8]. La caractérisation de l’ensemble du système de corrosion, du milieu d’enfouissement à l’objet permettra d’appréhender tous les aspects d’un système ayant évolué en milieu naturel. L’hétérogénéité d’un sol rendant son étude délicate, un unique site fera l’objet de notre étude, le site archéologique de Glinet dans lequel les objets ont pu évoluer sur une durée homogène. A la caractérisation à l’échelle micrométrique des produits de corrosion s’ajoutera une caractérisation nanométrique plus fine de l’interface métallique afin d’y déterminer la présence d’une couche passive.
Nous avons également pu mettre en évidence le fait que les études menées sur l’identification des mécanismes de corrosion en milieu anoxique restent incomplètes. D’une part, aucun travail ne traite de mécanismes sur des couches épaisses telles que celles attendues dans le contexte de stockage des déchets radioactifs sur des durées pluriséculaires ou plurimillénaires. D’autre part, ces études se fondent pour la plupart sur une seule voie d’analyse et ne sont pas couplées avec l’identification des faciès de corrosion. En effet, de nombreuses recherches portent sur une analyse électrochimique du comportement de la couche mais rares sont celles qui tiennent compte des zones de réduction possibles des électrons dans la couche. Ces études, théoriques présentent l’inconvénient de ne pas prendre en compte les phases réellement formées. Il apparaît alors nécessaire de coupler plusieurs outils analytiques afin de déterminer un mécanisme de corrosion cohérent avec les faciès identifiés sur les objets.
Dans cette optique, cette étude repose sur les deux points suivants :
• La caractérisation de l’intégralité du système de corrosion : pour cela, un site archéologique de référence a été sélectionné et instrumenté. Le suivi de l’évolution des paramètres du milieu d’enfouissement sera effectué. En parallèle, des objets seront prélevés et leurs faciès de corrosion seront identifiés à l’aide de techniques micro et nanofaisceaux adaptées.
• L’étude des mécanismes de corrosion : pour ce faire, des techniques analytiques doivent être couplées. D’une part, la conductivité du système sera appréhendée par des mesures de résistivité macroscopique et l’utilisation de traceurs de réactions. En outre, les zones de précipitation de phases néoformées dans la couche seront étudiées. Et enfin, une analyse du comportement électrochimique du système sera effectuée.