Formation et étude des produits de corrosion

Les produits de corrosion sont la conséquence d’un processus naturel. Ils peuvent êtres protecteurs comme indicateurs de processus de dégradation. Bref aperçu de la variété et de la formation des oxydes métalliques.

Peu de métaux se trouvent à l’état natif dans la nature. La plupart d’entre eux se rencontrent sous forme oxydée. Réduits à l’état métallique, ils ont tendance, en présence de certains environnements, à revenir à la forme oxydée qui est leur forme thermodynamiquement stable.

Ces « substances formées sous l’effet de la corrosion », pour reprendre la définition de la norme ISO 8044, correspondent à ce qui est communément appelée « rouille » dans le langage courant. En réalité, ces produits de corrosion sont d’une grande diversité, possèdent des propriétés variables et engendrent des interactions complexes et souvent méconnues avec le matériau et son environnement chimique et biologique.

L'analyse physico-chimique de ces produits de corrosion est réalisée par diffraction des rayons X (DRX) et par micro-spectroscopie Raman. L'analyse par DRX est une analyse globale, qui permet d'identifier l'ensemble des composés cristallisés présents. Les produits amorphes ou mal cristallisés sont difficilement détectables. Pour identifier ces composés amorphes ou mal cristallisés, les produits de corrosion sont analysés par micro-spectroscopie Raman.

Pour les matériaux métalliques (ici, cas de l'acier carbone en eau de mer), les principaux constituants de la « rouille » sont les oxyhydroxydes ferriques (FeOOH) qui donnent généralement une couleur orangée caractéristique et connue de tous. Néanmoins, ce n’est que la face visible de l’iceberg car selon le degré d’oxydation du fer, selon les autres éléments présents dans le matériau et dans le milieu et selon certains facteurs environnementaux (température, pH et oxygène dissous notamment), il est possible d’obtenir plusieurs types de produits de corrosion, par exemple :

  • les oxydes de fer (exemples : la magnétite, la maghémite, l’hématite),
  • les oxyhydroxydes ferriques (exemples : la goethite, la lépidocrocite, l’akaganéite, la ferrihydrite),
  • les rouilles vertes (sulfatées, carbonatées ou chlorurées),
  • les sulfures de fer (exemple : la mackinawite). 

D’autres produits de corrosion peuvent être observés dans des cas de figure très précis. C’est le cas de produits de corrosion carbonatés (exemples : la sidérite et la chukanovite) pouvant se former en milieu anoxique. Certains produits n’ont été identifiés que sur des objets archéologiques ferreux, tels que des hydroxychlorures ferreux.

En environnement portuaire, maritime ou fluvial, trois facteurs principaux influencent la nature des produits de corrosion qui forment un dépôt plus ou moins stratifié à la surface de l’acier :

  • le niveau d’oxygène dissous disponible selon les couches de corrosion (du milieu extérieur vers l’acier),
  • les éléments chimiques présents dans le milieu (sulfates, carbonates, chlorures, …),
  • les micro-organismes colonisant ces dépôts (bactéries pouvant oxyder ou réduire certains composés ou produits de corrosion).

Le plus souvent, pour l’acier en environnement marin, la stratification au travers d’un dépôt de produits de corrosion sera directement liée à la concentration en oxygène dissous. Il s’agit d’un facteur majeur, pour lequel le niveau d’oxydation va varier en fonction de l’état de valence du fer qui se trouve sous la forme de Fe(II) ou de Fe(III) :

Il est impossible de représenter l’ensemble des cas de figures possibles de formation et de transformation des produits de corrosion. D’ailleurs, de plus en plus d’études portant sur la formation d’oxydes de fer selon les facteurs environnementaux démontrent la complexité des processus, mais également le potentiel que cela représente en termes d'exploration scientifique. Ainsi, un dépôt de corrosion peut être considéré :

  • comme un habitat en tant que tel, support de développement biologique, des bactéries aux organismes filtreurs ou crustacés,
  • comme un témoin de processus de corrosion, avec un potentiel d’aide au diagnostic de corrosion,
  • comme un système de protection de l’acier, selon les propriétés électrochimiques des différentes couches d’oxydes.

Considérer la corrosion des matériaux métalliques uniquement par l’observation des dégâts, des profils ou vitesses de corrosion serait donc une erreur. Il est primordial de considérer un matériau comme faisant partie d’un système qui subit l’influence directe de son environnement et qui évolue dans le temps.

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