Etude Morphologique Du Film D’un Inhibiteur De Corrosion
Amina ALOUACHE
Département de Génie des Procédés - Faculté de Technologie, Université Ferhat Abbas, Sétif-1 Laboratoire d’Electrochimie, d’Ingénierie Moléculaire et de
Catalyse Redox (LEIMCR) Sétif, Algérie aminalouache@yahoo.fr
Saida KERAGHEL
Département de Génie des Procédés - Faculté de Technologie, Université Ferhat Abbas, Sétif-1 Laboratoire d’Electrochimie, d’Ingénierie Moléculaire et de
Catalyse Redox (LEIMCR) Sétif, Algérie
Résumé— La protection des canalisations (pipelines) de transport des hydrocarbures basée sur l’étude du comportement de l’acier au carbone c (nuance API 5+(nuance API 5L-à-vis de la corrosion dans l’eau d’injection (Albien), en présence et en absence d’inhibiteur utilisé par la SONATRACH .
Cette étude permet l’accès aux comportements électrochimique et microscopique de l’acier au carbone dans l’albien en fonction du temps d’immersion (t = 0, 1, 8, 15, 22, 30 Jours), et le cas en présence des concentrations d’inhibiteur à base des amines grasses (C = 2.10-4, 4.10-3, 2.10-2, 2.10-1, 6.10-1 g/l). Dans une première partie, le mode d’action de composé a été analysé puis sa concentration a été optimisée afin d’obtenir et assurer une bonne protection vis-à-vis de la corrosion au moindre coût.
L’inhibiteur étudié montre une meilleure efficacité pour la concentration optimale 2.10-3, la protection est meilleure pour un temps d’immersion élevé. Il présente une action sur la réaction anodique. Pour élucider le processus de formation d’un film d’inhibiteur sur les surfaces des aciers au carbone des mesures par microscopie à force atomique AFM ont été entreprises. Cette caractérisation morphologique nous a permis de mieux comprendre les performances de l’inhibiteur et de l’acier au carbone. Les résultats obtenus concordent avec ceux trouvés par électrochimie.
Mots clés—Acier au carbone, corrosion, mécanisme d’inhibition, AFM, pipelines.
I . INTRODUCTION
Les phénomènes de corrosion interne affectant les canalisations de transport ne peuvent être que de nature électrochimique et provoquées par le contact d’eau liquide avec la paroi [1]. Les risques de corrosion dépendent donc d’abord de la teneur en eau des fluides transportés ; la forme et la vitesse des corrosions dépendent ensuite du pouvoir oxydant du milieu, de la protectivité des dépôts de corrosion et de l’hydrodynamique
.
Les fluides corrosifs sont traités par les inhibiteurs de corrosion pour diminuer la vitesse de l’attaque corrosive des matériaux, surtout en présence de gaz dissous comme H2S et CO2 [2]. Les inhibiteurs de corrosion peuvent interférer avec la réaction anodique ou cathodique et forment une barrière protectrice sur la surface du métal contre les agents corrosifs. Dans l’industriepétrolière, les inhibiteurs organiques à base d’amine sont les plus employés en raison de leur efficacité et leur disponibilité [3].
L’étude de l’efficacité de l’inhibiteur de corrosion (CeCA) destiné à la protection des canalisations et des bacs de stockage des hydrocarbures contre la corrosion.
II. EXPERIMENTALE
L’électrode de travail utilisée dans cette étude est un échantillon d’acier au carbone : API 5L X52 selon la nomination d’American Petroleum Institute. Ce matériau est largement utilisé dans l’industrie du pétrole et du gaz (collectes de surface et tubing). Il est bon marché et implique donc peu d’investissement, par contre il présente une faible résistance à la corrosion [4]. La composition chimique en éléments autres que le fer est donnée dans le tableau suivant :
TABLEAU I.COMPOSITION CHIMIQUE DE L’ECHANTILLON D’ACIER
Elément (%) Carbone Manganèse Phosphore Soufre
API 5L X52 0.3 1.35 0.04 0.05
L’électrolyte utilisé est un milieu constitué d’une eau d’injection provenant d’un puits de la région de Hassi-Messaoud dite eau Albien de pH égal à 6 ,9. La composition chimique de l’Albien est présentée en tableau II ci-dessous :
TABLEAU II. COMPOSITION CHIMIQUE DE L’EAU D’INJECTION ALBIEN HCO3-
mg/l
Cl-
mg/l
SO42- mg/l
Ca2+
mg/l
Mg2+
mg/l
Na+
mg/l
K+
mg/l
170 420 600 210 70 250 40
Les essais sont réalisés par voltammétrie cyclique à température ambiante et en présence d’oxygène.
Le processus de formation d’un film d’inhibiteur sur les surfaces des aciers au carbone a été étudié par des mesures AFM.
III. RESULTATS ET DISCUSSION
A .Comportement électrochimique de l’acier au carbone dans l’albien et en fonction du temps d’immersion
Les mesures ont été prises pour différents temps d'immersion allant de t=0 à 30 jours, les courbes ont été tracées et superposées dans un domaine de potentiel allant de -800 mV/ECS à 0 mV/ECS.
-800 -750 -700 -650 -600 -550 -500 -450 -400 -1,5
-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
log (i) (µA/cm2)
E(mV/ECS)
0 jours 1 jour 8 jours 15 jours 22 jours 30 jours
Fig. 1. Courbes de polarisation de l’acier X52 obtenues dans l’Albien en fonction du temps d’immersion.
La concentration des protons est très faible à pH = 7, une couche de diffusion s’établit au voisinage de la surface de l’électrode et la diminution de la concentration interfaciale de protons décale la courbe cathodique dans la direction des potentiels négatifs, en conséquence Ecorr, (paramètre contrôlé par l’équilibre entre les branches anodiques et cathodiques) est basculé aussi dans le même sens. Le milieu étant chargé d’ions agressifs accentue la corrosion de l’acier utilisé.
Le faible déplacement cathodique des valeurs du potentiel de corrosion explique une dissolution précoce du fer (corrosion sous – jacente) dans ce milieu
.
B. Etude de l’efficacité inhibitrice du composé (CeCA) vis-à- vis de la corrosion de l’acier au carbone dans l’albien en fonction du temps d’immersion et de la concentration
1). Etude de l’effet de la concentration de l’inhibiteur de corrosion dans l’albien.
L’ajout de l’inhibiteur induit un déplacement du potentiel de corrosion vers des valeurs plus électropositives. Ce comportement peut être attribué à l’augmentation de la surface recouverte par les
molécules d’inhibiteur adsorbées au fur et à mesure que sa concentration croit.
Dans le domaine anodique, les pentes des courbes obtenues en présence d’inhibiteur diminuent par rapport à celle obtenue en son absence. On note cependant que pour la concentration de 0.2 10-3g/l, les densités de courant sont abaissées comparativement à celles mesurées en l’absence d’inhibiteur.
Inversement, pour les concentrations de 0.2 et 0.6 g/l, les densités de courant sont supérieures à celles obtenues sans inhibiteur. Ceci indique que les concentrations élevées en inhibiteur ne seraient pas favorable à une bonne protection de l’acier au carbone dans ce milieu.
-850 -800 -750 -700 -650 -600 -550 -500 -450 -400 -2,0
-1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
log (i) (µA/cm2)
E(mV/ECS)
Albien 0.2 10-3 g/l 0.4 10-3 g/l 0.210-1 g/l 0.2 g/l 0.6 g/l
Fig. 2. Courbes de polarisation de l’acier X52 obtenues dans l’Albien en fonction du temps d’immersion en présence de différentes
concentrations en inhibiteur.
2). Etude de l’effet du temps d’immersion.
D’après les courbes de polarisation obtenues dans l’albien en présence de l’inhibiteur de corrosion avec une faible concentration 0.2 10- 3g/l en fonction du temps d’immersion, on remarque un déplacement des potentiels vers les valeurs plus électronégatives avec une diminution considérable des densités de courant cathodiques. Les taux d’inhibition sont élevés de l’ordre de 61.37%.
Les amines grasses famille de cet inhibiteur, agissent plus ou moins fortement sur les cinétiques cathodiques en fonction du temps d’immersion. Le film formé sur la surface de l’acier au carbone est suggéré d’être liée à l’interaction inhibiteur- métal par le biais des doublets électroniques libres de l’amine
.
-800 -750 -700 -650 -600 -550 -500 -450 -400 -2
-1 0 1 2 3
log (i) (µA/cm2)
E (mV/ECS)
0 jours 1 jours 8 jours 15 jours 22 jours 30 jours
-800 -750 -700 -650 -600 -550 -500 -450 -400 -2
-1 0 1 2 3
log (i) (µA/cm2)
E (mV/ECS)
0 jours 1 jours 8 jours 15 jours 22 jours 30 jours
Fig. 3. Courbes de polarisation de l’acier X52 obtenues dans l’Albien en fonction du temps d’immersion en présence de 0.2 10- 3g/l
d’inhibiteur.
C. Mise au point sur la microscopie à force atomique AFM Une image topographique d'un échantillon d'acier au carbone poli obtenu est présentée dans la figure ci-après, qui représente l'état de surface de départ typique. Les défauts de surface tels que les petits trous et rayures de polissage indiquent que la surface de l'échantillon n'est pas uniforme.
(a) Image AFM en 3D(10.14µm X10.14 µm) (b) Image AFM en 2D(10.14µm X10.14 µm)
(a)
(b)
Fig. 4. Image AFM de la surface de l'acier API 5L X52 dans l’albien après 30 jours d’immersion.
La figure suivante montre que la couche d’inhibiteur adsorbée semble être étroitement emballée avec une structure à répétition, ce qui indique que la surface est continue d'un film d’inhibiteur formé [5]. La formation de certains agrégats d’inhibiteur sur la surface : formation la plus probable de stabilité des complexes métalliques (inhibiteur-produit) également sur la surface en acier au carbone.
(a) Image AFM en 3D (80.33µm X80.33 µm) (b) Image AFM en 2D (80.33µm X80.33 µm)
(a)
(b)
Fig.5 .Image AFM de la surface de l'acier X52 dans l’eau Albien en présence de 0.2 10- 3g/l d’inhibiteur après 30 jours d’immersion.
IV.CONCLUSION
Les résultats obtenus nous ont permis d’évaluer la vitesse de corrosion de l’acier ainsi que d’autres paramètres électrochimiques.
Il ressort qu’en absence d’inhibiteur dans l’Albien, la vitesse de corrosion diminue en fonction du temps d’immersion et le potentiel de corrosion se déplace vers des valeurs plus électronégatives. L’acier se corrode et tend à se passiver dans ce milieu neutre.
L’inhibiteur étudié montre une meilleure efficacité pour la concentration optimale 0.2 10-3 g/l dans l’Albien. La protection est meilleure pour un temps d’immersion élevé soit : 30 jours. Donc, ce composé présente une bonne efficacité inhibitrice vis-à-vis de la corrosion de l’acier au carbone dans l’Albien en faible quantité. Il présente une action sur la réaction anodique.
REMERCIMENT
Les auteurs remercient infiniment les Responsables de la SONATRACH Direction Régionale Hassi-Messaoud pour leur contribution et la mise à leur disposition les produits et les explications concernant le fonctionnement des installations industrielles et le Champ pétrolier.
REFERENCES
[1] Audisio, S. Livre multimédia de la corrosion. Institut National des Sciences Appliquées; INSA.; 2ème Eds; Lyon France, 2005.
[2] Wang, H.B; Shi, H; Hong, T; Kang, C; Jepson, W.P.
Characterization of inhibitor and corrosion product film using electrochemical impedance spectroscopy. Corrosion 2001. Nace International. Houston, TX. 2001. Paper n° 01023.
[3] Ettaqi, A.; Irhzo, A.; Drissidaoudi, R.; Zertoubi, M. Influence de l’addition d’inhibiteurs azotés sur le comportement électrochimique et métallurgique de fontes au Chrome-Nickel (pompes d’extraction) en milieu acide (mine de cuivre). Afrique science. 2004, 01(1), 31-53.
[4] Sydberger, T. Flow dependent corrosion mechanism, damage characteristics and control. Corrosion Journal. British.1986, 22(2), 83-89.
[5] Zhang, F.; Pan, J.; Claesson, P. M. Electrochemical and AFM studies of mussel adhesive protein (Mefp-1) as corrosion inhibitor for carbon steel. Electrochimica Acta 2011, 56, 1636- 1645.
