Quelles sont les causes de la corrosion galvanique et comment puis-je la prévenir ?

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 des métaux dissemblables ou corrosion bimétallique. Ce processus électrochimique qui se détériore nécessite trois intervenants clés pour qu'il se produise.

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

Cependant, l'une des choses les plus remarquables à propos de la corrosion galvanique est que, bien qu'elle nécessite le contact de deux métaux différents, un seul des métaux sera sensiblement corrodé tandis que l'autre se détachera relativement sans scories.

Alors, pourquoi exactement un seul des métaux se corrode-t-il au lieu des deux ? Quels sont les facteurs sous-jacents à l'origine de cette réaction ?

Quelles sont les causes de la corrosion galvanique ?

Une fois que le stade est prêt pour la corrosion galvanique, 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, ce faisant, il protège par inadvertance la cathode, c'est-à-dire l'autre métal.

Un exemple de cela 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 l'eau de mer. Dans ce cas, l'acier (cathode) sera protégé tandis que l'aluminium (anode) se corrodera plus rapidement. Ici, l'aluminium est délibérément utilisé comme métal sacrificiel, la corrosion accélérée de l'anode contribuant à réduire le risque de corrosion de l'acier. Pour le maintenir sur de longues périodes, il faudrait remplacer périodiquement l'anode.

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

Chaque fois qu'un métal entre en contact avec un électrolyte, il adopte ce qui est connu sous le nom de potentiel d'électrode, une propriété qui définit la capacité d'un métal à réduire ou à gagner des électrons, et comme nous l'avons mentionné précédemment, chaque métal a un potentiel d'électrode défini (que l'on peut trouver sur 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 des réactions d'oxydation provoquées par ce transfert d'électrons, l'anode finit par se corroder.

En termes simples, le métal le moins noble jouera le rôle 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 constructions, 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 sévère qui ne se produirait probablement pas autrement. Cela peut également entraîner la défaillance des soudures, ce qui peut être un problème à la fois dangereux et coûteux, nécessitant des réparations et des travaux d'entretien plus coûteux que si le problème était complètement évité.

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

Comment prévenir la corrosion galvanique ?

Maintenant que nous comprenons comment la corrosion galvanique est causée, nous devons maintenant répondre à la question suivante : 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 clairs dans la lutte contre la corrosion galvanique. N'oubliez pas que la série galvanique met en valeur la noblesse des métaux, 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. Cette différence de potentiel est ce qui stimule le flux d'électrons de l'anode vers la cathode.

En

termes simples, plus la différence de potentiel est grande, plus le courant galvanique est important et donc plus le taux de corrosion sera accéléré.

Ainsi, une façon de prévenir la corrosion galvanique consiste à utiliser des métaux ayant des potentiels d'électrode similaires et 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 la probabilité de corrosion galvanique ou ralentir considérablement le taux de corrosion.

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

Modification du rapport de surface des métaux

Dans de nombreux cas, il serait idéal d'utiliser des métaux ayant 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 surfacique de l'anode et de la cathode. Si vous avez un rapport cathode/surface anodique plus important (c'est-à-dire que votre cathode est plus grande que l'anode), vous obtiendrez un taux de réduction relativement rapide et une corrosion galvanique plus néfaste.

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

Briser la connexion électrique (isoler les métaux)

Si le flux d'électrons est à l'origine des réactions de réduction et d'oxydation (qui conduisent 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 jamais de chance de se produire en premier lieu.

En utilisant une rondelle non métallique pour empêche la tête de la vis de toucher la plaque, ce qui contribue efficacement à rompre le contact électrique entre les deux métaux. Par exemple, si nous installons une vis d'assemblage à six pans creux en acier zingué dans une plaque d'aluminium, nous pourrions utiliser un Rondelle en caoutchouc TPR pour agir comme une 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 les filets de la vis sont toujours en contact avec la plaque d'aluminium, la connexion électrique est toujours intacte. Par conséquent, le revêtement des métaux avec de la graisse ou une substance hydrophobe peut aider à ralentir tout potentiel de corrosion, bien qu'il soit important de prendre en compte les éventuels effets que cela pourrait avoir sur l'installation elle-même.

Alternativement, des composants tels que des rondelles d'épaulement peuvent être utilisés pour fournir une isolation améliorée, car la partie épaulement serait placée entre l'arbre de la vis, ou les filets, et le diamètre intérieur de la plaque. Cela offrirait une isolation nettement meilleure 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. Puisque l'électrolyte représente un 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.

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

Comme indiqué précédemment, le moyen le plus efficace d'y parvenir est d'utiliser des composés hydrophobes ; certains exemples concrets très courants étant 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 en fait être bénéfique et utilisée comme une force positive.

Production d'électricité dans les batteries

En tant que processus électrochimique, la corrosion galvanique est idéale pour générer l'électricité dans une pile primaire, un type de pile électrique qui est conçu pour être utilisé une seule fois - communément appelée 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 pile. La cathode est une couche de dioxyde de manganèse située à l'intérieur du boîtier de la batterie et est 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, de sorte qu'un tissu fibreux est utilisé comme séparateur pour maintenir les électrodes séparées.

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 pour les 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 d'empêcher la corrosion galvanique dans la mesure du possible, car cela réduit les temps d'arrêt des machines, 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 que vous utilisiez une protection contre la corrosion galvanique, les contre-mesures que nous avons décrites ci-dessus sont toujours les plus utiles lorsqu'elles sont utilisées dans un contexte préventif plutôt que correctif. Il est à la fois plus facile et efficace d'appliquer ces défenses relativement tôt dans le processus de construction, idéalement pendant la phase de conception.