Quelles sont les causes de la corrosion galvanique et comment puis-je l'éviter ?

Qu'est-ce que la corrosion galvanique ?

Comme son nom l'indique, la corrosion galvanique est un processus électrochimique qui se détériore par nature. Elle est également connue sous le nom de corrosion métallique dissimilaire ou corrosion bimétallique. Ce processus électrochimique de détérioration nécessite trois participants clés pour se produire.

Tout d'abord, il doit y avoir un électrolyte, une substance qui crée une solution électroconductrice lorsqu'elle est dissoute dans l'eau. Simultanément, il doit également y avoir deux métaux différents qui soient à la fois en contact direct l'un avec l'autre et également en présence de l'électrolyte susmentionné.

Cependant, l'un des aspects les plus remarquables de la corrosion galvanique est que, bien qu'elle nécessite la mise en contact de deux métaux différents, un seul des métaux sera sensiblement corrodé tandis que l'autre s'en détachera relativement facilement.

Alors, pourquoi exactement un seul des métaux se corrode-t-il au lieu des deux ? Quels sont les facteurs sous-jacents qui induisent cette réaction en premier lieu ?

Quelles sont les causes de la corrosion galvanique ?

Une fois que le stade de la corrosion galvanique est prêt, l'un des métaux sert alors d'anode, d'électrode chargée positivement, tandis que l'autre sert de cathode.
Le métal qui sert d'anode est celui qui se corrode et protège ainsi par inadvertance la cathode, c'est-à-dire l'autre métal.

Un exemple de ceci pourrait être trouvé si l'aluminium et l'acier au carbone sont en contact direct l'un avec l'autre dans un environnement marin, c'est-à-dire dans l'eau de mer. Dans cette situation, l'acier (cathode) sera protégé tandis que l'aluminium (anode) se corrodera plus rapidement. Ici, l'aluminium est utilisé à dessein comme métal sacrificiel, la corrosion accélérée de l'anode contribuant à réduire le risque de corrosion de l'acier. Pour maintenir cela pendant de longues périodes, l'anode devrait être remplacée périodiquement.

Le principal facteur qui entre en jeu dans le processus de corrosion galvanique est un facteur relativement fondamental que la plupart d'entre nous connaissent bien : la différence de potentiel. Dans ce cas, la différence de potentiel entre deux métaux est définie comme la différence entre leurs potentiels d'électrode.

Chaque fois qu'un métal entre en contact avec un électrolyte, il adopte ce que l'on appelle un potentiel d'électrode, une propriété qui définit la capacité d'un métal à réduire ou à gagner des électrons. Comme nous l'avons mentionné précédemment, chaque métal possède un potentiel d'électrode défini (que l'on peut trouver dans la série galvanique).

Lorsque tous les composants concernés (l'électrolyte et les deux métaux) sont en jeu, la différence de potentiel qui en résulte induit le transfert d'électrons du métal le plus électronégatif (l'anode) vers le métal le plus électropositif (la cathode). En raison des réactions de réduction et d'oxydation provoquées par ce transfert d'électrons, l'anode finit par commencer à se corroder.

En termes simples, le métal le moins noble servira d'anode et se corrodera pour protéger le métal le plus noble, la cathode. La prise en compte du potentiel de corrosion des matériaux est donc très importante lorsque les ingénieurs conçoivent des fabrications, en particulier pour les équipements, les pipelines et les systèmes utilisés dans les environnements marins.

Quand la corrosion galvanique pose-t-elle des problèmes ?

La corrosion galvanique peut être problématique pour les ingénieurs car elle accélère la corrosion normale d'un métal dans un électrolyte, ce qui peut entraîner une forme de corrosion plus grave qui serait autrement peu probable. Cela peut également entraîner la défaillance des soudures, ce qui peut être à la fois dangereux et coûteux, nécessitant des réparations et des travaux de maintenance plus coûteux que si le problème était complètement évité.

Cela est particulièrement vrai dans l'industrie pétrolière et gazière, où les oléoducs et autres ouvrages sont généralement en contact avec l'eau de mer et sont donc plus sujets aux attaques et plus difficiles à effectuer facilement pour effectuer des travaux de réparation.

Comment prévenir la corrosion galvanique ?

Maintenant que nous comprenons comment la corrosion galvanique est causée, nous devons répondre à la question qui vient naturellement : comment éviter ou atténuer l'impact de la corrosion galvanique ?

Minimiser la différence de potentiel

La série galvanique est l'un des outils les plus précis pour lutter contre la corrosion galvanique. N'oubliez pas que la série galvanique met en valeur la noblesse des métaux, ce qui indique le potentiel d'électrode de chaque métal et peut donc être utilisée pour calculer la différence de potentiel entre les deux métaux différents. C'est cette différence de potentiel qui stimule le flux d'électrons de l'anode vers la cathode.

Pour le dire simplement, plus la différence de potentiel est grande, plus le courant galvanique est élevé et, par conséquent, plus la vitesse de corrosion sera accélérée.

Ainsi, une façon de prévenir la corrosion galvanique consiste à utiliser des métaux ayant des potentiels d'électrode similaires et présentant donc une faible différence de potentiel. Dans certains cas, cela peut ne pas arrêter complètement la corrosion galvanique sur ses traces, mais cela peut réduire considérablement le risque de corrosion galvanique ou ralentir considérablement la vitesse de corrosion.

La solution la plus courante consiste toutefois pour les ingénieurs à ne pas mélanger les métaux, car l'utilisation d'un seul type de matériau permet d'éviter complètement la corrosion galvanique.

Modification du rapport de surface des métaux

Dans de nombreux cas, l'idéal serait d'utiliser des métaux présentant une différence de potentiel négligeable, mais cela n'est souvent tout simplement pas possible.

N'ayez crainte, il existe un autre moyen de réduire le taux de corrosion galvanique : en modifiant le rapport de surface de l'anode et de la cathode. Si le rapport entre la surface de la cathode et de l'anode est plus élevé (c'est-à-dire que votre cathode est plus grande que l'anode), vous aurez un taux de réduction relativement rapide et une corrosion galvanique plus néfaste.

Par conséquent, il va de soi que le contraire est également vrai. Si le rapport est inversé et que la surface de la cathode est plus petite que la surface de l'anode, vous constaterez une diminution spectaculaire du taux de réduction et une moindre occurrence de corrosion galvanique.

Brisez la connexion électrique (isolez les métaux)

Si le flux d'électrons est à l'origine des réactions de réduction et d'oxydation (qui mènent à la corrosion éventuelle), que se passerait-il si nous bloquions le flux de ces électrons ?

C'est la prémisse de l'une des méthodes les plus courantes de prévention de la corrosion galvanique : l'isolation. Les outils isolants, tels que les joints et les rondelles à base de polymère, sont utilisés pour bloquer le flux d'électrons afin que la corrosion galvanique n'ait aucune chance de se produire en premier lieu.

En utilisant une rondelle non métallique pour empêcher la tête de la vis de toucher la plaque, cela contribue efficacement à rompre le contact électrique entre les deux métaux. Par exemple, si nous installions une vis à tête creuse en acier zingué dans une plaque d'aluminium, nous pourrions utiliser une rondelle en caoutchouc TPR qui ferait office d'entretoise non conductrice, ce qui pourrait aider à protéger à la fois l'acier et l'aluminium et à éviter la corrosion galvanique.

Cependant, il est important de noter que si le filetage de la vis est toujours en contact avec la plaque d'aluminium, la connexion électrique est toujours intacte. Par conséquent, le fait de recouvrir les métaux de graisse ou d'une substance hydrophobe peut contribuer à ralentir tout potentiel de corrosion, mais il est important de prendre en compte les effets éventuels que cela pourrait avoir sur l'installation elle-même.

Des composants tels que des rondelles d'épaulement peuvent également être utilisés pour améliorer l'isolation, car la partie de l'épaulement se situerait entre la tige de la vis, ou les filetages, et le diamètre interne de la plaque. Cela permettrait d'assurer une meilleure isolation à l'intérieur du boîtier qu'un revêtement, tout en offrant des avantages supplémentaires tels que la résistance aux acides, aux produits chimiques et aux huiles.

Isolation de l'électrolyte

Cette méthode de prévention de la corrosion galvanique suit la même logique que la méthode d'isolation. Étant donné que l'électrolyte représente le tiers de la recette de la corrosion galvanique, si nous le supprimons ensuite de l'équation, nous devrions en théorie être en mesure d'empêcher la corrosion galvanique de se produire.

C'est cependant plus facile à dire qu'à faire, car dans la plupart des cas, nous sommes tout simplement incapables de nous débarrasser complètement de l'électrolyte. La meilleure solution consiste donc à l'isoler, en l'empêchant efficacement d'entrer en contact les uns avec les autres avec les métaux.

Comme indiqué précédemment, le moyen le plus efficace d'y parvenir est d'utiliser des composés hydrophobes ; certains exemples concrets très courants sont les revêtements, les peintures et les graisses hydrofuges.

La corrosion galvanique peut-elle présenter des avantages ?

La corrosion galvanique, dans les bonnes circonstances et avec une bonne compréhension du processus, peut réellement être bénéfique et être utilisée comme une force positive.

Production d'électricité par batteries

En tant que procédé électrochimique, la corrosion galvanique est idéale pour générer de l'électricité dans une cellule primaire, un type de cellule électrique conçu pour être utilisé une seule fois, également connu sous le nom de batterie jetable.

Dans la plupart des batteries grand public à usage unique, une boîte en acier est utilisée comme contenant contenant les « ingrédients » de la cellule. La cathode est une couche de dioxyde de manganèse située à l'intérieur du boîtier de la batterie et connectée à la borne positive. Inversement, l'anode en zinc est une couche interne, dispersée dans une solution électrolytique et connectée à l'extrémité négative de la batterie.

Lorsqu'elles ne sont pas utilisées, il est impératif que ces deux électrodes soient isolées l'une de l'autre. Un tissu fibreux est donc utilisé comme séparateur pour séparer les électrodes.

Grâce à ce séparateur, la réaction chimique utilisée pour générer l'électricité ne se produit que lorsque la batterie est insérée dans un appareil et que le circuit est terminé.

Protection des composants métalliques vulnérables

Comme indiqué ci-dessus, la corrosion galvanique peut être utilisée pour exposer intentionnellement l'anode à la corrosion afin de protéger la cathode. Cependant, il est souvent préférable de prévenir la corrosion galvanique dans la mesure du possible, car cela permet de réduire les temps d'arrêt des machines, des équipements, etc. tout en minimisant le nombre de réparations et de travaux de maintenance à effectuer.

Il est important de se rappeler que ces mesures préventives ne doivent pas nécessairement s'exclure mutuellement. Dans le bon contexte, ils peuvent être utilisés simultanément pour atteindre de meilleurs niveaux de protection. Par exemple, dans les secteurs de l'automobile et de l'aérospatiale, où les combinaisons de différents métaux sont courantes, il est utile d'identifier les meilleurs matériaux à utiliser pour une installation donnée.

Enfin, si votre projet nécessite l'utilisation d'une protection contre la corrosion galvanique, les contre-mesures que nous avons décrites ci-dessus sont toujours plus utiles lorsqu'elles sont utilisées dans un contexte préventif plutôt que curatif. Il est à la fois le plus simple et le plus efficace d'appliquer ces défenses relativement tôt dans le processus de fabrication, idéalement pendant la phase de conception.