exercices corrosion protection

Unité spécifique C3 CORROSION - PROTECTION


Exercices




1 Oxydoréduction en solution aqueuse


1.1 Réaction entre un métal et un ion métallique

Exercice n°1
Ecrire les demi-équations électroniques de l'or, du mercure, du fer et du
lithium.

Exercice n°2
Dans les demi-équations électroniques suivantes indiquer l'oxydant,le
réducteur, et le nombre d'électrons transférés.
[pic][pic][pic]
[pic][pic][pic]

Exercice n°3
Indiquer si les demi-équations ci-dessous sont des oxydations ou des
réductions :
[pic]
[pic]

Exercice n°4
Ecrire la demi-équation électronique du couple [pic]

Exercice n°5
La corrosion est-elle une oxydation ou une réduction ?

1.2 Classification des couples redox.

Exercice n°6
1- Indiquer le plus réducteur et le moins réducteur des métaux figurants
dans la classification électrochimique ci-dessus.
2- Ecrire la réaction naturelle qui correspond à ces deux couples.

Exercice n°7
Du Fer et du Zinc sont mis dans une solution acide.
Indiquer les couples concernés et les réactions possibles.

1.3 Couples redox intervenants dans les phénomènes de corrosion.

Exercice n°8
1- Indiquer les demi-équations électroniques des couples suivants en milieu
basique :
[pic] [pic] [pic] [pic]
2- Ecrire les réactions d'oxydoréduction entre chaque métal et l'oxygène.
3- En réalité les ions métalliques formés réagissent ensuite avec les ions
hydroxyde formés. Ecrire les réactions de précipitations qui se produisent.
4- Rechercher quelle est la réaction qui permet de transformer l'hydroxyde
de fer obtenu en rouille.
La formule chimique de la rouille est Fe2O3


Exercice n°9
1- Indiquer la réaction naturelle qui se produit entre les couples [pic] et
[pic]
2- Indiquer la réaction inverse (que l'on peut réaliser par électrolyse).


2 Corrosion par phénomène de pile



Exercice n°10
1- Analyser le schéma ci-contre et indiquer sur le schéma à quel endroit se
produit l'oxydation et la réduction.
2- Pourquoi parle t'on de phénomène de pile ?





Exercice n°11
1- Dans le schéma ci-contre indiquer ce que signifie métaux cathodiques et
métaux anodiques :

2-Dans le cas où l'on met en contact avec le fer un autre métal indiquer
lequel des deux est oxydé.


Exercice n°12
Quelle épaisseur de galvanisation doit-on prévoir selon le milieu indiqué
pour que l'acier reste intact pendant 50 ans ?

Répondez en vous aidant du document ci-dessous extrait de la norme NF EN
ISO 14713 :

Exercice n°13
Indiquer les différentes zones possibles du fer sur le diagramme ci-
dessous :
[pic]

3 Protection contre la corrosion

Lisez le texte ci-dessous issu du site : http://www.nrc.ca/irc/bsi/rsb.html
et répondez aux questions :


LA DÉTÉRIORATION DES GARAGES DE STATIONNEMENT
G.G. Litvan
INTRODUCTION
La principale et dans la plupart des cas la seule cause de la détérioration
rapide des garages de stationnement est la corrosion des aciers d'armature
(figure 1) enrobés dans le béton. L'action du gel pose rarement un problème
car la température, même dans les garages non chauffés, est rarement
inférieure au point de congélation. Cette communication trait donc
essentiellement de la corrosion de l'acier d'armature dans les garages
notamment ceux à dalles suspendues.
[pic]
Figure 1
Comme le montre la figure 2, la corrosion de l'acier dépend de l'alcalinité
du milieu ambiant. Lorsque le pH est élevé, la tendance de l'acier à se
corroder est négligeable; l'acier est passif . Le béton durci contient de
grandes quantités de chaux qui le rendent fortement alcalin (pH compris
entre 12 et 13). Normalement, l'acier ainsi enrobé ne rouille pas. Si
toutefois la chaux du béton est lessivée ou neutralisée par la
carbonatation (la transformation de la chaux en carbonate de calcium par
réaction avec le dioxyde de carbone), il y a destruction de la passivité de
l'acier et la corrosion se produit.
[pic]
Figure 2 (tirée de la référence 1)
La corrosion de l'acier se produit même dans des milieux fortement alcalins
en présence d'ions de chlorure. Le mécanisme par lequel les ions de
chlorure favorisent la corrosion et détruisent la passivité de l'acier
n'est toujours pas entièrement compris. On sait toutefois que les chlorures
ne disparaissent pas pendant la réaction; ils agissent comme catalyseurs
et, une fois amorcé, leur effet nuisible se poursuit.
Malheureusement, les sels de dégivrage utilisés sur les routes (le chlorure
de sodium et le chlorure de calcium) contiennent des ions de chlorure. Ces
produits chimiques se mélangent à la neige et à la glace et sont introduits
dans les garages par les automobiles. Lorsque la neige et la glace fondent,
les ions s'infiltrent dans le béton pour atteindre très rapidement l'acier
d'armature. La corrosion est proportionnelle à la concentration d'ions de
chlorure. Une fois la corrosion commence, des fissures causées par
l'accumulation d'un grand volume de produits de la corrosion apparaissent
dans le béton. Cette accumulation entraîne éventuellement l'éclatement du
béton et l'exposition des armatures d'acier, phénomène illustré à la figure
3.
[pic]
Figure 3
PRÉVENTION DE LA CORROSION
La corrosion des aciers d'armature du béton est causée par une action
galvanique. Ainsi, pour éviter la corrosion, il est nécessaire d'éliminer
les éléments essentiels au fonctionnement d'une pile galvanique, c'est-à-
dire :
l 'anode, où la corrosion a lieu, et la cathode, qui ne se corrode pas
mais qui maintient l'équilibre ionique nécessaire à la corrosion;
la continuité électrique entre les zones anodique et cathodique;
l'oxygène;
l'humidité;
les ions de chlorure, qui détruisent l'état passif de l'acier;
l'électrolyte entourant les électrodes.
Étudions en détail chacun de ces éléments essentiels pour voir s'il est
possible de les éliminer et si une méthode pratique pourrait permettre
d'empêcher la détérioration des garages.
Zones anodique et cathodique
La formation de zones anodique et cathodique dans le béton armé ne
nécessite pas la présence de deux métaux différents : les variations dans
l'acier dues à sa composition chimique, à son état de contrainte qu même à
la composition du milieu environnant font qu'une partie de l'acier agit
comme cathode et l'autre comme anode (figure 5). Ces variations existent
toujours et permettent éventuellement la formation d'une pile galvanique.
Il n'est pas pratique ni économique d'essayer d'éliminer ces variations. Il
est toutefois important de savoir qu'en enrobant dans le béton d'autres
métaux que les armatures d'acier, on peut favoriser la formation de piles
galvaniques. C'est pourquoi les conduits de l'installation d'éclairage, par
exemple, devraient être montés en surface plutôt que dans le béton.
[pic]
Figure 5
Interruption de la continuité électrique
On peut éviter la création d'une pile galvanique en isolant l'acier
d'armature au moyen d'un matériau fortement diélectrique. À l'heure
actuelle, un revêtement époxyde lié à l'acier par fusion, utilisé dans la
plupart des cas, assure la protection la plus efficace. En cas d'incendie
cependant, on craint qu'il se produise un ramollissement de la résine
époxyde, qui entraînerait une perte d'adhérence des armatures. Il faut donc
s'assurer du degré de résistance au feu des dalles de garage ayant des
armatures recouvertes d'époxyde.
Elimination des réactifs
Il est également possible d'enrayer la corrosion de l'acier en empêchant
l'oxygène, l'eau et les chlorures de pénétrer dans le béton. Il existe
plusieurs moyens d'y parvenir. Si l'on assure un bon drainage de façon à
empêcher la formation de flaques d'eau en surface, les contaminants
risquent beaucoup moins de s'infiltrer dans le béton. La pente de la dalle,
après le retrait au séchage, le fluage et le tassement, devrait être d'au
moins 2 %, et les drains devraient être situés aux points bas de la dalle.
Il est très important de concevoir, de réaliser et de maintenir en bon état
les joints de dilatation de manière à ce qu'ils soient efficaces et
durables. Sans ces précautions, l'eau et les sels dissous seront entraînés
profondément dans la dalle.
Le nettoyage des garages, bien qu'il soit rarement effectué, est un moyen
économique et efficace d'empêcher l'accumulation des sels. La plupart du
sel accumulé sur les planchers de garage sous forme de croûtes visibles,
les jours secs d'hiver, finira par pénétrer dans le béton s'il n'est pas
enlevé. Les dalles devraient être balayées aussi souvent que possible, ou
au moins une fois par an, de préférence au printemps.
Bien qu'elles soient importantes, ces mesures sont insuffisantes pour
assurer une bonne tenue en service. L'acier d'armature doit être protégé
par un béton de bonne qualité et d'une épaisseur suffisante pour éviter
tout contact avec la saumure.
CARACTÉRISTIQUES DU BÉTON
La perméabilité du béton augmente de façon exponentielle avec le rapport
eau/ciment (E/C), comme le montre la figure 6. Le béton qui a un faible
rapport E/C empêche par conséquent la pénétration du sel, comme on peut le
constater à la figure 7. Pour cette raison, on recommande que le rapport
eau/ciment du béton destiné aux dalles de garage ne dépasse pas 0,45.
EFFET DU RAPPORT EAU/CIMENT SUR LA PERMÉABILITÉ DU BÉTON (HYDRATÉ À
93%)
[pic]
Figure 6 (tiré de la référence 3)
TENEUR MAXIMALE EN SEL EN FONCTION DE L'ÉPAISSEUR DU BÉTON À DES
RAPPORTS EAU/CIMENT VARIÉS
[pic]
Figure 7 (tirée de la référence 4)
Pour améliorer l'ouvrabilité, la compacité et par conséquent
l'imperméabilité du béton, il serait bon d'ajouter un entraîneur d'air (5 à
6 %). L'addition d'un adjuvant au latex dans l'eau avant le malaxage du
béton diminue aussi sa perméabilité. Le béton fait de ciment mélangé, c'est-
à-dire dans lequel une partie du ciment Portland est remplacée par des
cendres volantes, du laitier de haut fourneau ou de la silice fine, est
beaucoup moins perméable.
ÉVOLUTION DE LA POROSITÉ CAPILLAIRE EN FONCTION DE LA DURÉE DE LA CURE