La protection contre la corrosion des ouvrages enterrés par anode sacrificielle YOUNES Abderrahmane, OUADAH

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3^ème Conférence Internationale sur

le Soudage, le CND et l’Industrie des Matériaux et Alliages (IC-WNDT-MI’12) Oran du 26 au 28 Novembre 2012,

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La protection contre la corrosion des ouvrages enterrés par anode sacrificielle

YOUNES Abderrahmane, OUADAH M’hamed, ZERGOUG Mourad Division des procédés électriques et magnétiques

Centre de Recherche en Soudage et contrôle CSC, Route de Dely Ibrahim, BP64, Chéraga Alger younesabdo6@yahoo.fr

Résumé

Toute construction métallique qui est enterrée, immergée subit inévitablement les phénomènes de corrosion électrochimique dés sa mise en contact avec un électrolyte. Sauf précaution volontaire lorsqu’il est neuf, leur action demeure dissimulée mais impose une dégradation plus ou moins rapide de l’ouvrage, pour abaisser la dissolution de métal à protéger, il existe des moyennes de lutte contre la corrosion, parmi ces méthodes, la protection cathodique par anode sacrificielle qui est une technique qui permet de conserver dans son intégrité la surface extérieure des structures enterrées, le choix de l’anode sacrificielle est très important, Le potentiel électrochimique, la capacité du courant, le taux de consommation, la durée de vie et la forme et type de matériaux (Zn, Mg, Al,…) sont des paramètres important. Dans ce type de protection, l’anode se consomme par dissolution en portant la surface du métal à protéger au-delà de son potentiel d’immunité.

L’objectif de ce travail est d’étudier l’influence des paramètres tel que milieu, les dimensions de l’anode ainsi les caractéristiques électriques d’une anode dans la protection cathodique par anode sacrificielle.

Mots clés : Protection cathodique, dégradation des matériaux, corrosion, Anode sacrificielle, Résistivité du sol, Résistance de l’anode, ouvrage enterré.

1. Introduction

La protection cathodique est la technique la plus répandue dans le contrôle électrochimique de la corrosion.

Cette technique sert à applique un courant direct sur la structure ce qui change le potentiel de corrosion

neutre en un potentiel protecteur dans la région immunisée.

Le courant de protection cathodique requis est fourni par des anodes sacrificielles ou par un système à courant imposé. La plupart des métaux en contact avec un environnement aqueux dont le pH est pratiquement neutre peuvent être protégés cathodiquement [1]. Un métal en contact avec un milieu conducteur, eau ou sol, est le siège de réactions électrochimiques appelées effet de pile. Ce phénomène entraîne une dissolution du métal de l'anode vers la cathode [2]. Lorsque deux métaux ayant différents niveaux d'énergie ou les potentiels sont couplés, le courant passera. Le sens du courant positif sera à partir du métal ayant le potentiel plus négatif dans le sol pour ce qui est plus positif. La corrosion se produira au point où le courant positif quitte la surface du métal [3].

2. Protection cathodique par anodes sacrificielles (galvanique)

Le principe de la protection par anodes sacrificielles est de créer une pile électrique entre deux métaux de noblesse différente, le premier est le métal à protéger et le deuxième est l’anode réactive ou sacrificielle figure (1). Si ces deux métaux sont raccordés l’un à l’autre par un circuit électrique, le métal le moins noble (Anode) se sacrifiera au bénéfice de la cathode. [4]

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http://www.csc.dz/ic-wndt-mi12/index.php 160 FIG.1- Principe de la protection Cathodique Par anodes sacrificielles

3. Etude de l’influence

3.1 Résistance des anodes 3.1.1 Influence de la résistivité

Le critère d’appréciation de l’agressivité du sol le plus fréquemment utilisé, est la mesure de la résistivité électrique. En effet, les valeurs mesurées sont conditionnées par la présence ou l’absence de composés agressifs. [5] D’après DWIGHT l’expression de la résistance électrique d’une anode en fonction de la résistivité de sol est donnée comme suite [6]:

1- Cas verticale

( ) (1)

2- Cas horizontale

( ( ^√ ^√ ))

⁽²⁾

FIG.2- La Variation de la Résistance en fonction de la Résistivité

La figure (2) montre que la résistance de l’anode augmente avec l’augmentation de la résistivité du sol, cette augmentation influe directement sur le dimensionnement d’un système de protection cathodique par anode sacrificielle (courant par anode, nombre d’anodes)

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 0

5 10 15 20 25 30

Résistivité (ohm.cm)

Résistance (Ohm)

Rv Rh

(3)

http://www.csc.dz/ic-wndt-mi12/index.php 161 3.1.2 Influence des nombre des anodes

Pour une bonne distribution du courant débuté par une anode vers la structure enterrée, le nombre des anodes sacrificielles est un facteur très important pour la protection, on a pris comme exemple des anodes de position vertical, d’après la formule (3) on a tracé la variation de la résistance en fonction du nombre

d’anode.

( ) (3)

FIG.3- La Variation de la Résistance de l’anode en fonction du nombre d’anode

La figure (3) montre qu’il ya une diminution de la Résistance quand le nombre des anodes augmente, parceque lorsque plusieurs anodes sont connectées en parallèle, la résistance des ensemble du groupe est inferieur à la valeur obtenue par la résistance d'une anode.

3.1.3 Influence de l’espace entre anode

La distribution des anodes sont souvent situées à proximité de la structure à protégé. L’espace minimum entre deux anodes pour avoir une bonne protection de l’ouvrage entrée est donnée par la formule (3) qu’exprime la variation la résistance (R) en fonction de l’espace entre anode (Es).

FIG.4- Variation de la Résistance en fonction de l’espace entre anode

0 5 10 15 20 25 30

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Nombre des anodes

Résistance ()

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Espace entre anode

Résistance (Ohm)

= 10000.cm, N=10 anode L=1.5m, d=0.305m

Es=0.5m, 10m.

=100 .m L=1.5m, d=0.667m Es=5m

N=1-30 anodes

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http://www.csc.dz/ic-wndt-mi12/index.php 162 La figure (4) montre qu’il ya une diminution de la résistance quand l’espace entre anode augmente puis a partir de 6m la résistance devient stable, c’est l’espace maximum pour avoir une résistance faible.

3.2 Influence du courant sur la durée de vie

La durée de vie d’une anode est la durée maximum pour la dissolution complète de l’anode, d’après les formules (4) et (5), on a tracé la courbe de la durée de vie de l’anode de Zn et Mg en fonction du courant fournie par l’anode.

é

(4) é

(5)

FIG.5-

la variation de durée de vie de l’anode en fonction du courant

La figure (5) montre clairement que pour le même courant débuté par les anodes, la durée de vie de l’anode en Mg est supérieure à celle de l’anode en Zn.

3.3 Influence du courant sur la consommation massique et la durée de vie

La consommation de l’anode est la quantité de la mass perdue par l’anode durant l’année, d’après la formule 6 on tracé la consommation massique CR en fonction du courant I.

(6).

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

0 10 20 30 40 50 60 70

Courant (A)

Durée de vie (Ans)

Mg Zn

I=0.07- 2A Wt= 40Kg Eff=0.5 F=0.85

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http://www.csc.dz/ic-wndt-mi12/index.php 163 FIG.6- Consommation massique de l’anode en fonction du temps

La figure 6 montre que pour le même taux de consommation massique, la durée de vie est différent, cela est due au courant fournie par l’anode.

5. Conclusion

On peut empêcher La corrosion par la protection cathodique par anode sacrificielle, La vitesse de corrosion est influé par :

 le milieu (Résistivité)

 Forme, type et position de matériau de l’anode utilisé.

 Le courant qui circule autour la structure.

La base de la protection cathodique consiste à empêcher les fuites de courants vers les masses Métalliques autres que la structure à protéger.

La protection par anodes sacrificielles est de créer une pile électrique entre deux métaux de noblesse différente, le premier est le métal à protéger et le deuxième est l’anode réactive ou sacrificielle.

La protection par anodes sacrificielles n'a pas une durée indéfinie. Elle s'arrête avec la disparition du matériau sacrificiel ou par blocage électrochimique.

L'évaluation de sa durée de vie est estimée par calcul du dimensionnement des anodes.

La résistance de l’anode dépond de :

 Forme de l’anode (dimensions).

 Résistivité du milieu.

 Nombre et de l’espacement entre anodes.

 Position de l’anode.

Références

[1] Corrosion and Cathodic Protection Theory by James B. Bushman, P.E. Principal Corrosion Engineer Bushman &

Associates, Inc. Medina, Ohio USA

[2] BADORIS - Document de synthèse relatif à une barrière technique de sécurité (BTS) Protection Cathodique Version

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

0 5 10 15 20 25 30

consomation (Kg/amp-ans)

Durée de vie(année)

I1=0.6A I2=0.8A I3=1A I4=1.5A I5=2A

I=0.6-2A DL=1-20ans Wt=27Kg F=0.6.

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http://www.csc.dz/ic-wndt-mi12/index.php 164 1.1 – janvier 2008

[3] CATHODIQUE CORROSION PROTECTION, Theory and Practice Electrochemical Protection Processes, 3^rd Ed

[4] Matériaux maintenus à l’état d’anode ou de cathode pendant tout l’emploi par Denis PETROCOKINO [5] CATHODIC PROTECTION DESIGN OCTOBER 2010

[6] NACE, Companion to the Peabody Book, October 26, 2000, Revision 1.1