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Thèse de Martien Duvall Deffo Ayagou*

L’hydrogène sulfuré (H2S) est un gaz toxique que l’on trouve aussi bien dans la nature (fermentation des algues vertes) qu’en environnement industriela. Au contact de l’eau, il forme une solution acide susceptible de corroder l’acier par oxydation du fer, avec formation d’un dépôt plus ou moins protecteur et génération d’hydrogène gazeux à la surface du métal.

L’H2S facilite alors la pénétration massive de l’hydrogène dans l’acier, occasionnant un endommagement interne qui dégénère en fissuration voire en rupture. Très documenté dans le secteur pétrolier, où les milieux sont exempts d’oxygène, ce problème n’a pas été étudié dans le domaine de l’exploitation de la biomasse ou de la géothermie, avec des environnements pouvant contenir à la fois de l’H2S et de l’air. Il était donc important de vérifier dans quelle mesure les réactions entre l'H2S et le O2 affectent les réactions de corrosion et de fragilisation par l’hydrogène des aciers.

Les travaux effectués ont mis en lumière les principaux produits de la réaction entre l’H2S et le O2 dissous en milieu aqueux, sulfates et sulfites, avec à la clé une acidification de ce milieub(1).

En outre, le dépôt de sulfure de fer qui se forme en surface de l’acier est moins dense et moins protecteur en présence de O2. Ces modifications conduisent à une augmentation sensible de la vitesse de corrosion (figure). De plus, le chargement en hydrogène dans l’acier se trouve largement amplifié en milieu aéré(2,3).

Figure Deffo
Évolution de la vitesse de corrosion d’un acier en milieu aqueux contenant de l’H2S dissous, en absence ou présence d'oxygène.


Ces résultats indiquent que des problèmes de corrosion sérieux et des risques accrus de fragilisation par l’hydrogène sont à craindre avec la présence simultanée d’H2S et d’O2. Pour les nouvelles énergies dont l’exploitation peut donner lieu à une telle concomitance, ces risques devront être pris en compte dans le choix des matériaux métalliques.

a - Dans le gaz naturel ou le biogaz par exemple.
b - Baisse de près d’une unité pH par mois en présence d'O2.


*Thèse intitulée « Impact de l’oxygène et de l’H2S sur la corrosion du fer pur et sur le chargement en hydrogène »

(1) L. Gemello, V. Cappello, F. Augier, D. Marchisio, C. Plais, Chemical Engineering Research and Design, 2018, 136, 846-858.
https://doi.org/10.1016/j.cherd.2018.06.026

(2) L. Gemello, C. Plais, F. Augier, D. Marchisio, Chemical Engineering Journal, 372, 2019, 590-604.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.04.109

Contact scientifique : jean.kittel@ifpen.fr

>> NUMÉRO 39 DE SCIENCE@IFPEN