Protection cathodique en mer:
qu’est-ce que c’est et comment ça marche?
Auteur

Richard Baxter et Jim Britton

Comment l’acier est-il corrodé dans l’eau de mer?

Pour comprendre la protection cathodique, il faut d’abord comprendre le mécanisme de la corrosion. Trois conditions doivent être remplies pour que la corrosion se produise. 1. Deux métaux différents 2. Un électrolyte (eau dans laquelle un ou plusieurs types de sels sont dissous) 3. Voies métalliques (conductrices) entre différents métaux Deux métaux différents peuvent être des alliages complètement différents, tels que l’acier et L’aluminium, mais le plus souvent une différence micro ou macro métallurgique à la surface d’une pièce entière d’acier. Si les conditions ci-dessus existent, alors sur la surface métallique plus active (nous considérons ici le cas de l’acier à corrosion libre hétérogène), les réactions suivantes se produiront dans la position la plus active: (2 ions fer + 4 électrons libres)

= 2Fe> 2Fe ⁺⁺ + 4E ^–

Les électrons libres traversent la voie métallique et atteignent une position moins active, où les réactions suivantes se produisent: (l’oxygène combine quatre électrons libres en ions oxygène, qui se combinent ensuite avec de l’eau pour former des ions hydroxyde)

O ₂ + 4E ^– + 2H ₂ 0 => OH 4. ^–

Sur la surface vivante, ces ions se recombinent pour produire la réaction suivante, obtenant ainsi l’hydroxyde ferreux produit de corrosion du fer (le fer est combiné avec de l’oxygène et de l’eau pour former de l’hydroxyde ferreux)

2Fe + O ₂ + 2H ₂ O => 2Fe (OH) ₂

Cette réaction est plus communément interprétée comme le flux de courant de l’anode (l’emplacement le plus actif) vers la cathode (l’emplacement le moins actif) à travers l’eau.

Comment la protection cathodique empêche-t-elle la corrosion?

La protection cathodique empêche la corrosion en fournissant du courant (ou des électrons libres) à partir d’une source alternative à tous les emplacements d’anode (activés) sur une surface métallique, en les convertissant en un emplacement de cathode (passivé). Habituellement, cela se présente sous la forme d’une anode sacrificielle plus vive que l’acier. Cette pratique est également appelée système sacrificiel parce que l’anode sacrificielle se sacrifie pour protéger les structures en acier ou les tuyaux contre la corrosion. Pour une anode en aluminium, la réaction à la surface de l’aluminium est: (4 ions aluminium + 12 électrons libres)

= 4Al> 4Al ⁺⁺⁺ + 12 est E ^–

Sur la surface de l’acier, (l’oxygène est converti en ions oxygène, qui se combinent ensuite avec de l’eau pour former des ions hydroxyde)

3O ₂ + 12e ^– + 6H ₂ 0 => 12OH ^–

Tant que le courant (électrons libres) atteint la cathode (acier) plus rapidement que l’oxygène, aucune corrosion ne se produit.

Figure 1: Système CP d’anode sacrificielle dans l’eau de mer

Considérations de base dans la conception d’un système d’anode sacrificielle

Le courant libéré par l’anode suit la loi d’Ohm, c’est-à-dire:

I = E / R

Où: I = courant (unité: ampère) E = différence de potentiel entre l’anode et la cathode (unité: volt) R = résistance de boucle totale (unité: ohm)

Étant donné que la différence de potentiel initiale entre l’anode et la cathode est élevée, le courant initial sera relativement élevé, mais la différence de potentiel diminue à mesure que le courant circule vers la cathode, et le courant diminue progressivement en raison de la polarisation de la cathode.

La résistance de la boucle comprend les chemins d’eau et de métal (y compris tous les câbles de la boucle). L’essentiel ici est l’impédance entre l’anode et l’eau de mer.

Dans la plupart des applications, la résistance du métal est si faible qu’elle peut être ignorée par rapport à la résistance de l’eau. (Pas pour les toboggans ou les longs tuyaux protégés aux deux extrémités).

En général, l’impédance d’une anode mince est inférieure à celle d’une anode tronquée. Ce type d’électrode libérera plus de courant, mais aura moins de durabilité.

Par conséquent, les concepteurs de protection cathodique doivent dimensionner l’anode afin qu’elle ait la forme et la surface appropriées pour libérer suffisamment de courant pour protéger la structure et peser suffisamment pour garantir qu’elle libérera toujours du courant tout au long de sa durée de vie prévue.

La règle générale est la suivante:

La longueur de l’anode détermine la quantité de courant que l’anode peut générer, et donc la quantité d’acier qui peut être protégée.

La section transversale (poids) détermine la durée pendant laquelle l’anode peut maintenir ce niveau de protection

Système de protection cathodique à courant imposé

En raison des grands courants présents dans de nombreux systèmes d’eau de mer, il n’est pas rare d’utiliser un système à charge externe. Le type d’anode utilisé dans le système à courant imposé n’est généralement pas facilement soluble sous forme d’ions métalliques, mais maintient plutôt une réaction alternative pour oxyder et dissoudre les ions chlorure. (L’alimentation est fournie par une unité d’alimentation CC externe.)

2cl ^– => CI ₂ + 2E ^–

L’alimentation est fournie par une unité d’alimentation CC externe.

Figure 2: Système de protection cathodique à courant imposé

Comment savoir si la protection cathodique est suffisante?

En mesurant le potentiel entre une électrode de référence standard [généralement argent / chlorure d’argent (Ag / AgCl sw.), Mais parfois zinc (Zn sw.)] Et acier, il est possible de savoir si un courant suffisant est obtenu.

Tout courant circulant vers le métal rendra son potentiel standard plus négatif.

L’expérience antérieure a montré que si un courant suffisant est obtenu pour que l’acier atteigne un potentiel de (-) 0,800 V (par rapport à l’argent / chlorure d’argent), la corrosion peut être essentiellement empêchée.

En raison de la nature du film mince formé, le potentiel minimum (-0,800 V) est rarement le meilleur potentiel, et le concepteur essaie de faire passer le potentiel (-) de 0,950 V à (-) 1000 V (par rapport à Ag / AgCl sw).

Figure 3: Mesure du potentiel de protection cathodique (pas de protection: à gauche protégé: à droite)