Brève introduction à la technologie de protection cathodique contre la corrosion
1. Général
La protection contre la corrosion cathodique est un processus de protection électrochimique dans lequel un courant électrique continu traverse l’électrolyte (sol ou eau) sur les structures métalliques à protéger (tuyaux, réservoirs). Ce courant de protection provoque une polarisation cathodique sur la surface métallique de l’électrolyte. Cela empêche les ions métalliques d’être libérés de la surface métallique. Chaque type de corrosion a toujours lieu en relation avec un transport de charge du métal vers l’électrolyte, c’est-à-dire qu’un courant émerge de la structure métallique dans l’électrolyte dans une direction positive. En raison du transport de charge, les ions métalliques sont libérés de la structure métallique et la corrosion se produit.
Un flux de courant du fer vers l’électrolyte peut être principalement causé par les causes suivantes:
Éléments locaux (sol agressif, litière hétérogène)
Éléments macro (éléments galvaniques entre les tuyaux et les structures secondaires mises à la terre avec un potentiel plus positif)
Influence du courant parasite par les trains, etc.
L’élimination de la corrosion est toujours proportionnelle à la force du courant, avec du fer, l’enlèvement de matière s’élève à 10 g par mA par an à la prise de courant chargée anodiquement.
Le processus de corrosion est arrêté par compensation du courant d’ions positifs par le courant de protection cathodique, qui pénètre dans la structure métallique de l’électrolyte dans la direction opposée.
Le potentiel métal / électrolyte d’une surface métallique dépend du taux de corrosion.
La mesure du potentiel peut donc être utilisée pour déterminer quand tous les processus de corrosion ont été éliminés par le courant de protection cathodique. Dans le cas de l’acier, le critère de protection cathodique est respecté lorsque le potentiel de protection de -0,85V est atteint contre une électrode de référence Cu/CuSO4 (électrode en cuivre saturée de sulfate de cuivre). Cela signifie que lorsque cette valeur est atteinte sur une surface en acier, les ions métalliques ne peuvent plus être libérés du métal. Le taux de corrosion est alors nul.
L’objet protégé est déplacé vers un potentiel plus négatif par la protection cathodique, ce qui signifie que seul le courant circule dans la direction opposée, c’est-à-dire de l’électrolyte vers l’objet protégé (cathode).
Le courant de protection requis pour la protection cathodique dépend du type d’objet à protéger et de sa surface, la liste suivante donne quelques directives.
Exigence de courant de protection spécifique pour divers objets | ||
Objet protégé | Emballage / isolation externe | Courant de protection mA / m 2 |
| Pipeline ou réservoir en acier dans le sol | vieux bitume ou isolation plastique | 0,500 – 2 000 |
| Pipeline ou réservoir en acier dans le sol | isolation plastique moyenne | 0,100 – 0,500 |
| Pipeline ou réservoir en acier dans le sol | bonne isolation plastique | 0,010 – 0,050 |
| Pipeline en acier dans l’eau (par exemple réservoir) | aucun | 5 – 20 |
| Barres d’armature en béton | aucun | 2 – 10 |
Il existe essentiellement deux options pour générer le courant de protection, soit avec des anodes galvaniques actives (anodes sacrificielles) en magnésium ou en zinc en utilisant la différence de tension entre le matériau d’anode moins noble et l’objet de protection en acier, soit avec une source de tension technique (dispositif de courant de protection) en conjonction avec des anodes passives inertes Titane, ferrum – silicium ou niobium.
Le procédé avec les anodes galvaniques actives présente l’inconvénient que seule une tension relativement faible est disponible et la durée de vie des anodes est très limitée en raison de l’enlèvement de matière résultant du courant de protection sur l’anode elle-même.
Aujourd’hui, Ailematic propose des systèmes de protection avec alimentation externe sont principalement utilisés; un redresseur Ailematic est utilisé pour envoyer un courant de protection à travers une ou plusieurs anodes passives à l’objet à protéger.
L’avantage des systèmes de protection Ailematic avec redresseurs est que le courant de protection peut être réglé selon les besoins et que les anodes passives peuvent être utilisées pour une durée de vie presque infinie sans perte de matériau galvanique.
Les redresseurs Ailematic de protection contre la corrosion ont une section de puissance réglable en continu et un appareil de mesure correspondant pour la surveillance du fonctionnement.
Dans les cas avec des influences de courant vagabond, des redresseurs avec sortie à potentiel contrôlé sont également utilisés.
Les redresseurs à courant de protection constant (galvanostats) sont utilisés pour d’autres applications telles que la protection cathodique des barres d’armature en béton armé avec des anodes en treillis de titane intégrées.
2. Mesures de protection
Une distinction est faite entre les mesures passives et actives de protection contre la corrosion, souvent une combinaison des deux groupes est nécessaire.
Mesures de protection passives:
Séparation galvanique en installant des pièces isolantes, des isolations et des séparations avec des unités de délimitation pour la séparation électrique des objets à risque de corrosion des structures secondaires avec des facteurs d’influence défavorables.
Mesures de protection actives:
Systèmes de protection contre la corrosion cathodique avec anodes actives et passives
Décharges de courant parasite sur les lignes soumises à des influences de haute tension
ou avec des influences des systèmes ferroviaires.
La protection contre la corrosion cathodique (mesure active) est le meilleur moyen de protéger les lignes métalliques et autres structures métalliques enterrées contre la corrosion.
Pour l’efficacité de la protection cathodique, il est généralement également nécessaire de séparer l’objet des structures secondaires en installant des pièces isolantes (mesure passive).
Le procédé de protection cathodique est également la solution la plus efficace et la plus économique pour une protection permanente contre les barres d’armature corrosives en cas d’attaques de corrosion sur les barres d’armature, par exemple du béton contaminé par des chlorures en raison de la pénétration de sel de déglaçage ou de béton avec une carbonatation avancée.
3. Que sont les courants vagabonds?
Si un courant ne circule pas le long de son trajet prédéterminé, mais essaie de trouver son chemin en tout ou en partie via des structures extérieures au circuit et plus conductrices, il s’agit d’un courant parasite. En termes techniques, ces courants sont également appelés courants parasites.
Le courant électrique ne vagabonde pas, il obéit plutôt aux lois de la physique et emprunte toujours le chemin de la plus faible résistance électrique.
Néanmoins, le terme courant vagabond a prévalu, mais plus en raison des structures étrangères qui changent fréquemment et qui sont utilisées comme conducteurs par le courant vagabond.
L’essentiel est que les courants parasites, nuisibles aux lignes enterrées, soient provoqués par des trajets de courant continu. Le courant de traction, qui devrait revenir au point d’alimentation sur les rails, cherche partiellement son chemin via des lignes souterraines adjacentes. Une entrée de courant vagabond et une sortie de courant vagabond ont lieu sur les lignes dans le sol, au point de sortie de courant il y a un enlèvement de matière proportionnel au courant au niveau du tuyau par électrolyse (10 grammes de fer par mA x an!).
De tels courants vagabonds atteignent des valeurs de quelques centaines de milliampères à quelques ampères, dans certains cas jusqu’à quelques dizaines d’ampères!
Différentes mesures peuvent être prises contre l’influence des courants parasites sur les réseaux de lignes existants, ceux-ci doivent être déterminés individuellement au cas par cas.
Ce sont:
Connexions de drainage entre la canalisation et le système de rails qui permettent au courant de fuite de refluer galvaniquement, ce qui signifie que l’enlèvement de matière peut être arrêté en éliminant les processus électrolytiques.
Système de protection cathodique avec redresseur à potentiel contrôlé qui compense les courants parasites très fluctuants par le courant de protection.
Déconnexion du réseau de lignes par l’installation de pièces isolantes pour réduire la conductivité longitudinale et comme séparation contre le système de mise à la terre, empêchant ainsi la propagation de courants parasites sur de longues distances.
Dissipation galvanique des courants parasites via des parafoudres à courant alternatif et des unités de délimitation des diodes antiparallèles.
Habituellement, plusieurs des mesures de corrections mentionnées sont appliquées par Ailematic en combinaison.