Corrosion électrochimique et protection contre la corrosion Présentation La corrosion est la réaction chimique par lequel un métal retrouve son état originel, c’est-à-dire sous forme d’ion métallique en solution ou au sein d’un solide ionique (minerai). C’est donc un phénomène d’o!dation "
# (s) #n$ $ ne-
%emples " La rouille du fer ou de l’acier, le vert-de-gris sur le cuivre et ses alliages.
La corrosion en milieu aqueu est due à plusieurs effets " dissolution des métau dans l&eau, apparition de piles électrochimiques, eistence de différence de concentration, aération différentielle. L’ensem'le des phénomènes de corrosion est favorisé par l’hétérogénéité, que ce soit de la structure atomique du métal (alliage mal réparti), de sa structure ph!sique (écrouissage), de la présence de l’o!dant, de la température, Cette hétérogénéité provoque l’apparition de courants locau entre ces différentes ones qui sont l’équivalent de micro piles " - le p*le négatif fournit des électrons, il s&! produit une réaction d&o!dation " +ed $ n e- le p*le positif prend des électrons, il s&! produit une réaction de réduction " $ n e- +ed
TP Corrosion électrochimique du fer par l’eau de Javel - /écaper mécaniquement trois clous avec un tampon a'rasif. Cette étape est primordiale primordiale car les clous sont recouverts d’un vernis pour les protéger de la corrosion. - 0lacer dans de l’eau de 1avel respectivement respectivement " - un clou seul, - un clou entouré d’un fil de cuivre, - un clou entouré d’un fil de inc. - 's 'ser erve verr au au 'ou 'outt de de que quelq lque uess min minut utes es "
- que quelq lque uess poi point ntss de de rou rouil ille less sur sur le clou clou seul seul,, - une formation importante de rouille sur le clou entouré de cuivre, - aucune trace de rouille sur le clou entouré de inc.
- 2nterpréter ces trois o'servations.
TP Corrosion électrochimique du fer par l’eau salée - 3ien décaper mécaniquement (surtout pas à l’acide 4) 5 clous avec un tampon a'rasif. - 0oser un clou dans un tu'e à essais, pointe vers le 'as. - 0oser les autres clous dans 6 'oites de 0 étri " - un clou normal dans la ère 'oite, - un clou fortement tordu dans la e 'oite, - un clou entouré d’un fil de cuivre dans la 7 e 'oite, - un clou entouré d’un fil de inc dans la 8 e 'oite, - deu clous normau qu’on reliera quelques secondes avec des pinces crocodiles l&un au p*le $, l&autre au p*le d’une pile de 8,6 9 quand on aura a:outé le gel dans la 6 e 'oite. - 0réparer le gel selon le protocole suivant. /issoudre ; g de chlorure de sodium, ,6 g de ferric!anure de potassium (222) et ; g d&agar-agar dans 6< ml d&eau. 0orter ce mélange à é'ullition en agitant vigoureusement et poursuivre l’é'ullition pendant < min. =:outer 6 ml de solution de phénolphtalé>ne.
- 9erser le mélange chaud dans le tu'e à essais sans recouvrir la t?te et dans les cinq 'oites de 0etri en recouvrant entièrement les clous. %n refroidissant ce mélange formera un gel. Laisser reposer h.
Discussion Le milieu utilisé (solution saline concentrée) est un milieu particulièrement o!dant (eau de mer) et permet de 'ien illustrer le phénomène de corrosion. La présence du gélifiant, en 'loquant 'loquant la diffusion des ions en solution, permet permet en particulier d’identifier les ones d’o!dation et de réduction gr@ce au indicateurs utilisés. L’epérience L’epérience peut ?tre préparée la veille pour ?tre présentée avec un rétropro:ecteur. Le ferric!anure de potassium donne une coloration 'leue facilement identifia'le en présence d’ions ferreu (qui proviennent de l&o!dation l&o!dation du clou selon " Ae Ae$ $ e-) et un précipité 'lanc en présence d’ions inc (qui proviennent de l&o!dation du inc selon " Bn Bn$ $ e-). La réduction de l’eau rend le milieu 'asique ( $ e- D $ -), phénomène identifié par la phénolphtaléine qui devient rose. n o'serve l’o!dation des clous au endroits d’écrouissage (t?te, pointe mais sans doute aussi endroit oE le clou a été fortement tordu), la réduction de l’eau principalement sur les ones intactes du métal. %n présence du 'o'inage de inc, on o'serve la formation d’un précipité 'lanc qui caractérise l’o!dation préférentielle du inc par rapport au fer. Facteurs favorisant la corrosion a) Effet de l'écrouissage La corrosion se produit préférentiellement au etrémités du clou. Cela montre que la corrosion se produit au endroits ou le clou a su'i des contraintes mécaniques. La t?te du clou qui a été écrasée pour l&aplatir se corrode ainsi plus facilement que sa pointe. La partie centrale est généralement la moins suscepti'le de se corroder. n peut vérifier cet effet d&écrouissage avec le clou tordu qui normalement (mais pas tou:ours 4) se corrode a l&endroit oE il a été fortement tordu. ) Effet Evans Le clou plongé dans le tu'e à essais présente une one 'leue dans sa partie 'asse et une one rose dans sa partie haute. 2l est o!dé dans la partie éloignée de la surface et protégé près de celle-ci. Ce résultat parait paradoal, en effet, c&est près de la surface qu&il ! a le plus de dio!gène et on s&attend à ! o'server la corrosion. C&est l&inverse qui se produit, la corrosion a lieu dans la one la moins riche en o!dant, c&est l&effet %vans. n l&interprète en considérant que la réduction du dio!gène est favorisée par les grandes concentrations en celui-ci, c&est donc à la surface que se produit la réduction. La réduction FpompeF les électrons du clou qui en conséquence s&o!dera dans sa partie 'asse. c) !ssociation !ssociation du fer avec un métal moins réducteur que lui Le clou relié au fil de cuivre est entouré d&une one 'leue très nette, alors que le fil de cuivre est lui entouré d&une one rose. Le fer a donc été o!dé alors que le cuivre est protégé de la corrosion. Cela s&eplique très 'ien si on considère les potentiels redo des deu couples, le fer étant un meilleur réducteur que le cuivre cuivre s&est lui qui est o!dé préférentiellement. L&association du fer avec avec un métal moins réducteur que lui favorise favorise sa corrosion, on aura donc intér?t à éviter des alliages contenant de fortes teneurs en métau de potentiel redo plus élevé que celui du fer. Gn eemple célè're est celui de l&alliage fer-nicHel qui résiste très mal à la corrosion à longue échéance.
Protection cathodique contre la corrosion Le principe de 'ase est de porter le potentiel d&un métal à un niveau dit de pas sivation. 0our modifier le potentiel du métal à protéger cathodiquement, on utilise une anode installée dans le m?me électrol!te. Les anodes peuvent ?tre de deu t!pes soit des anodes a!ant un potentiel plus électronégatif que le métal à protéger (anode sacrificielle), soit des anodes couplées à un générateur de tension continue imposant une différence de potentiel entre les deu métau (méthode à courant imposé). Protection cathodique par anode sacrificielle Le clou relié au fil de inc est entouré d&une one rose montrant qu&il constitue la cathode de l a pile. Le inc lui a été o!dé ce qui se traduit par l&apparition d’une one 'lanche autour de lui. Le inc étant plus réducteur que le fer c&est lui qui sera attaqué préférentiellement. n illustre ainsi le procédé d’anode sacrificielle couramment utilisé pour protéger la coque des 'ateau. Le fil de fer galvanisé qui est recouvert d&une couche de inc est un autre eemple de protection cathodique à laquelle s’a:oute une protection par isolement du fer par rapport au milieu etérieur comme le ferait une peinture. Protection cathodique cathodique gr"ce # un générateur %aminer les deu clous qu’on a reliés quelques secondes à la pile de 8,6 9. Le clou relié au p*le - de la pile (entouré d’une one rose) est protégé de la corrosion alors que celui relié au p*le $ (entouré d’une one 'leue) est o!dé. L’eau est réduite au p*le -, ici c&est le générateur qui fournit les électrons nécessaires. 2nversement des électrons s ont pris au clou du p*le $ qui est ainsi o!dé. Les canalisations d&eau enterrées sont ainsi protégées de la corrosion, on change périodiquement l&anode. Les carrosseries de voitures sont reliées au p*le - de la 'atterie ce qui aide à leur protection.
TP !ciers ino$%dales Ces alliages contiennent de fortes teneurs en chrome (I7J), celui-ci :oue deu r*les, d&une part il est plus facile à o!der que le fer et sert donc de protection électrochimique, mais surtout il forme très facilement une couche protectrice de dio!de de chrome Cr 7 qui protège le métal d&une o!dation plus poussée.
Travail
&érification de de la la pr protection co conférée
- +éaliser une pile entre un clou et par eemple une cuillère (ou une spatule) en ino. - /éterminer, avec un voltmètre, les 'ornes positive (cathode) et négative (anode) de la pile ainsi constituée. - /éduire en :ustifiant que le clou est corrodé et que la cuillère en ino est protégée.
TP Effet Evans La répartition non uniforme du dio!gène dissous dans l’électrol!te est une cause de corrosion. Les parties les moins aérées sont corrodées.
Travail
ise en évidence de l’effet Evans
- 2ntroduire clous dans une solution de chlorure de sodium. - +elier un voltmètre au deu clous et relever la tension. - 2ntroduire du dio!gène sous pression dans la solution à proimité d’un des deu clous. 'server le voltmètre. - 2ndiquer, sur un schéma, la tension et les 'ornes de la pile ainsi constituée. - Lequel des clous su'it l’o!dation K n illustre ainsi le procédé d’anode sacrificielle couramment utilisé pour protéger la coque des 'ateau.
