Autoréparation contre la corrosion localisée

Thèse d'Edoardo Basilico : "Carbon steel corrosion scales protectiveness study in CO₂ aqueous solution"

Du fait de son faible coût et de ses bonnes propriétés mécaniques, l’acier au carbone est un matériau très utilisé, y compris pour de nombreux équipements en contact avec certains environnements agressifs, comme par exemple les milieux aqueux contenant du CO₂. Dans ces derniers, l’acier subit une corrosion généralisée, conduisant à la formation d’une couche pseudo passive^a de carbonate de fer à sa surface, ce qui le protège et stoppe ainsi le processus. 

Toutefois, la contamination du milieu par des entrées ponctuelles d’oxygène peut altérer cette protection et affecter la fiabilité des installations exposées à ce risque. L’effet de certains paramètres du milieu (composition de l’eau et de l’atmosphère gazeuse, température entre autres) sur le phénomène de pseudo-passivation constitue donc un enjeu important pour les procédés technologiques concernés^b.

L’influence de la composition du milieu corrosif a été étudiée dans le cadre de la présente thèse, au travers d’un programme expérimental, faisant varier les paramètres autour d’une condition de référence conduisant à la pseudo-passivité [1]. Une combinaison de plusieurs techniques expérimentales a été déployée^c et a permis de montrer dans un premier temps que la couche pseudo-passive était composée presque uniquement de sidérite (FeCO₃) avec la présence éventuelle de liséré de magnétite (Fe₃O₄). 

L’impact sur la couche pseudo-passive d’une contamination du milieu par des traces d'oxygène a été évalué en faisant varier sa concentration entre 90 et 300 ppb^d. La présence de l’oxygène modifie le mode de corrosion en passant d’une attaque globale et uniforme à une corrosion localisée, se manifestant par des piqûres. À l'intérieur de ces piqûres, d'autres phases que la sidérite se forment, telles que la chukanovite (Fe₂(OH)₂CO₃). 

Ces résultats ont ensuite été modélisés au travers d’un mécanisme [1, 3] : une première étape est la formation par l’oxygène de cavités dans la couche de siderite formée avant la contamination (Figure 1). Dans ces cavités, l’oxygène est consommé et un appauvrissement en oxygène se produit créant des conditions d’aération différentielle entre la cavité et le reste du dépôt et formation de chukanovite.

Au-delà du mécanisme à l’oeuvre, les résultats de cette étude ont mis en évidence l’existence d’une concentration-seuil d'oxygène, inférieure à 90 ppb d'oxygène, pour initier une corrosion localisée de la surface pseudo-passive. Cependant, un point important sur le plan pratique est que lorsque la contamination cesse, une couche pseudo passive se reforme, permettant de retrouver une excellente résistance contre la corrosion (Figure 2).

a- Couche de quelques microns d’épaisseur, constituée de produits de corrosion, qui fait écran soit au transport d’ions et d’électrons jusqu'à l'interface métallique, soit au transport d'électrons nécessaire à l'oxydation.
b- Par exemple : capture transport et valorisation du CO₂, stockage souterrain de gaz, transformation de la biomasse en carburants et produits chimiques.
c- Mesure de l'impédance électrochimique, analyse chimique des surfaces et mesures locales du pH.
d- Soit une contamination de 0,5 à 1,8 % d’oxygène dans le gaz.

Références :

1. R.de Motte, E. Basilico, R. Mingant, J. Kittel, F. Ropital, P. Combrade, S. Neicib, V. Deydier, D. Crusset, S. Marcelin, "A study by electrochemical impedance spectroscopy and surface analysis of corrosion product layers formed during CO₂ corrosion of low alloy steel", Corrosion Science, 2020, Volume 172 1 August Article 108666
   >> https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108666
      

2. E. Basilico, S. Marcelin, R. Mingant, J. Kittel, M. Fregonese, F. Ropital, "The effect of chemical species on the electrochemical reactions and corrosion product layer of carbon steel in CO2 aqueous environment: A review", Materials and Corrosion, 2021, 1, 16
   >> https://doi.org/10.1002/maco.202012118 
      

3. E. Basilico, S. Marcelin, R. Mingant, J. Kittel, M. Fregonese, J. Owens, R. Barker, A. Neville, F. Ropital, "Effect of O₂ contamination on carbon steel pseudo-passive scales in CO₂ aqueous solutions", Corrosion Science, 2022, Vol 205, Article 110388
   >> https://doi.org/10.1016/j.corsci.2022.110388
     

Contact scientifique : François Ropital

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