Inhibiteurs de corrosion
Les inhibiteurs de corrosion sont généralement des molécules minérales ou organiques, ajoutées en petites quantités dans une solution, permettent de réduire sensiblement l’agressivité du milieu en interférant directement dans les réactions de corrosion.
Les inhibiteurs organiques contiennent en général, des atomes d’azotes (N), de soufre (S) ou d’oxygène (O) avec lesquels s’établissent des liaisons avec le substrat métallique . Les effets recherchés d’un inhibiteur sont :
la diminution de la vitesse de corrosion d’un métal, sans en affecter les caractéristiques physicochimiques par exemple, risque de fragilisation par l’hydrogène en milieu acide ; sa stabilité en présence des constituants du milieu, en particulier vis-à-vis des oxydants et à la température d’utilisation ;
une efficacité à faible concentration ; une compatibilité avec les normes de non-toxicité ; un coût moindre.
Le choix de l’inhibiteur est basé sur deux facteurs : en premier, il peut être produit par synthèse en utilisant des matières premières moins chères et en second, il peut contenir dans sa structure, des atomes électronégatifs comme l’azote et l’oxygène. La présence des atomes de soufre sur de multiples chaines moléculaires facilitent l’adsorption de l’inhibiteur sur la surface du métal. Les molécules organiques sont utilisées comme inhibiteurs de corrosion, leurs efficacités résident dans la capacité à s’adsorbées sur la surface du métal.
Types d’inhibiteurs
En fonction des matériaux à protéger, on peut utiliser des inhibiteurs passivants ou non passivants. Ces derniers peuvent être classés selon :
le type d’inhibiteurs (organiques, inorganiques) ; le domaine d’application ; la nature de la réaction électrochimique (cathodique, anodique ou mixte) ; le mécanisme réactionnel mis en jeu.
Néanmoins, cette classification n’est pas tout à fait adéquate car un même inhibiteur peut présenter à la fois des caractéristiques propres à chaque type de classement.
Classification par réaction partielle (anodique, cathodique, mixte)
D’ après leur influence sur la vitesse des réactions électrochimiques, on distingue trois types d’inhibiteurs .
les inhibiteurs anodiques : Ils agissent au niveau des sites anodiques microscopiques en diminuant la densité du courant partiel anodique et en déplaçant le potentiel de corrosion dans le sens positif. Ils doivent être utilisés avec précaution. En effet, si le film protecteur est altéré par une rayure ou par une dissolution, ou si la quantité d’inhibiteur est insuffisante pour restaurer le film, la partie exposée se corrode en piqûres profondes. Ainsi, ils sont classés parmi les inhibiteurs dangereux tels que : l’ortho phosphate, les nitrites et les silicates.
les inhibiteurs cathodiques : Ils agissent au niveau des sites cathodiques microscopiques en diminuant la densité du courant partiel cathodique et déplacent le potentiel de corrosion dans le sens négatif. Ceci se produit par la précipitation des espèces insolubles sur les sites cathodiques. Des ions du cuivre sont utilisés en tant qu’inhibiteurs cathodiques en raison de la précipitation de Cu(OH)2 aux sites cathodiques.
les inhibiteurs mixtes : Ils agissent à la fois sur l’anode et la cathode, par la combinaison d’agent oxydant (les nitrates ou les chromates) et non oxydant qui précipitent tels que les ortho-phosphates
ou les silicates. Quelle que soit la réaction électrochimique contrôlant la corrosion, un inhibiteur cathodique n’est jamais dangereux, même en grande quantité. En revanche, dans le cas de contrôle de corrosion par la réaction anodique (cas le plus général), une quantité très faible d’inhibiteurs anodiques favorise la corrosion par piqûres.
Corrosion du cuivre, évaluation et protection
Le cuivre fût extrait depuis plus de 5000 ans. Les tuyaux de cuivre sont très répandus en plomberie, particulièrement pour les systèmes d’alimentation en eau domestique. Le cuivre est notamment utilisé pour la production de fil électrique et dans la fabrication d’alliages comme le laiton et le bronze. Il est aussi employé pour l’électro-placage, en photographie, pour les toitures, comme catalyseur dans l’industrie chimique et pour l’élimination des mercaptans dans le raffinage du pétrole. Il est cependant très utilisé dans les préparations de pesticides comme fongicide et comme agent antimicrobien, en particulier pour le traitement du bois et des sources d’approvisionnement en eau potable.
C’est le seul métal naturellement coloré avec l’or. Sa présence moyenne dans l’ensemble de l’écorce terrestre est de 55 g par tonne, alors qu’elle n’est que de 1 à 10 milligrammes par kg dans les organismes vivants.
Comportement du cuivre vis-à-vis de la corrosion
Le processus de corrosion est le résultat des réactions intervenant entre un métal et son environnement. En milieu aqueux, les phénomènes de corrosion des métaux et alliages sont principalement de nature électrochimique: un échange d’électrons a lieu à l’interface métal/électrolyte. Cet échange implique l’action simultanée de la réaction anodique (oxydation) et de la réaction cathodique (réduction). Ces dernières se déroulent à la même vitesse et en même temps, ainsi les principes d’électro-neutralité et de conservation de la matière sont respectés.
La corrosion obéit aux principes de la thermodynamique et de la cinétique électrochimiques. L’approche thermodynamique prévoit la spontanéité de la réaction de corrosion, tandis que l’approche cinétique évalue les vitesses des réactions anodiques et cathodiques et par conséquent la vitesse globale de la corrosion (dans le cas de la corrosion uniforme).
M.Pourbaix a montré, à partir des données thermodynamiques, que le comportement du cuivre dans l’eau à 25°C peut être prévu à l’aide du tracé du diagramme potentiel-pH lequel présente divers domaines correspondant aux différents composés stables du cuivre vis-à-vis de la corrosion: Domaine de corrosion : en milieu acide, le diagramme prévoit la dissolution du cuivre avec formation d’ions cuivreux Cu+ instables qui se transforment en Cu2+ par dismutation, tandis qu’en milieu basique, il se trouve sous forme d’ions bicuprite HCuO2- , ou cuprite HCuO2-2 .
Domaine de passivité : la corrosion du cuivre permet la précipitation d’oxydes et/ou d’hydroxydes qui réduisent considérablement sa vitesse de corrosion. le cuivre ne se corrode pratiquement pas en solution aqueuse peu oxydante, le potentiel d’oxydoréduction du couple Cu/Cu+ étant plus positif que celui du couple H+/H2 dans un large domaine de pH. Le potentiel d’oxydoréduction du couple O2/H2O est plus positif que celui du couple Cu/Cu+. La présence d’oxygène dissous augmente donc suffisamment le pouvoir oxydant de l’eau et favorise ainsi la corrosion. Domaine d’immunité : le cuivre est sous sa forme la plus stable Cu(0).
Table des matières
Chapitre I : Etude bibliographique
Introduction
I. Lutte contre la corrosion
I.1. Inhibiteurs de corrosion
I.1.1. Définition et propriétés
I.1.2. Utilisations industrielles courantes
I.1.3. Types d’inhibiteurs
I.1.3.1. Classification selon la nature de l’inhibiteur
I.1.3.2. Classification par réaction partielle
I.1.3.3.Classification selon le domaine d’application
I.1.3.4. Classification par mécanisme réactionnel
I.1.4.Type d’adsorption
I.1.5. Influence de la concentration sur l’effet inhibiteur
I.2. Corrosion du cuivre, évaluation et protection
I.2.1. Cuivre
I.2.2. Propriétés du cuivre
I.2.3. Comportement du cuivre vis-à-vis de la corrosion
I.2.3.1. Formation de l’oxyde insoluble, la cuprite
I.2.3.2. Formation des sels solubles
I.3. Inhibiteurs spécifiques au cuivre et ses alliages
Références bibliographiques
Chapitre II. Techniques et conditions expérimentales
II.1. Matériau
II.2. Milieu corrosif
II.3. Dispositifs expérimentaux
II.4. Inhibiteurs de corrosion
II.5.Techniques expérimentales
II.5.1.Méthodes stationnaires
II.5.1.1.1 Suivi du potentiel d’abondant au cours du temps : EOCP = f(t)
II.5.1.1.2.Courbes de polarisation
II.5.1.1.3.Résistance de polarisation
II.5.1.2. Techniques non stationnaires
II.5.1.2.1. Voltampérométrie cyclique
II.5.1.2.2. Spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE)
II.5.1.2.3. Méthode de potentiel à zéro charge (PZC)
II.6. Etude gravimétrique
II.7. Méthode de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT)
II.8. Caractérisations Spectroscopiques
II.8. 1. Résonance Magnétique Nucléaire (Spectroscopies RMN)
II.8. 2. Spectroscopie FTIR (Transformation de Fourrier -Infrarouge)
II.9. Méthodes d’analyses microscopiques
II.9.1. Microscopie Electronique à Balayage
II.9.2. Microscopie à force atomique
Références bibliographiques
Chapitre III : Résultats et discussion
III.A. ASCOTEC-FU
III.A.1.Caractérisations spectroscopiques
III.A.1.1.Spectroscopie RMN 1 H et 13C
III.A.1.2.Spectroscopie infra- rouge (IR)
III.A.1.3.Spectrophotométrie UV- Visible
III.A.2. Effet d’inhibition
III.A.2.1. Suivi du potentiel libre
III.A.2.2. Courbes de polarisation
III.A.2.3. Spectroscopie d’impédance électrochimique
III.A.3. Isotherme d’adsorption
III.A.4. Mécanisme d’action de l’ASC- FU par la méthode PZC
III.A.5. Influence du temps d’immersion
III.A.6. Etude de la DFT
III.A.7. Caractérisations de l’état de surface
III.A.7.1. Analyse par microscopie électronique à balayage
III.A.7.2.Analyse par microscopie à Force Atomique (AFM)
III.A.8. Effet de la température
III.A.9. Etude hydrodynamique
III.A.9.1. Montage expérimental
III.A.9.2. Caractérisation du régime d’écoulement
III.A.9.3. Effet de l’inhibition
III.A.9.3.1 Courbes de polarisation
III.A.9.3.2 Spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE)
III.B. TETRATHIAFULVALENE (TTF)
III.B.1.Synthèse de la molécule TTF
III.B.2. Caractérisation électrochimique stationnaire
III.B.3. Caractérisation électrochimique non stationnaire
III.B.4. Isotherme d’adsorption
III.B.5. Mécanisme d’action de la TTF par la méthode de potentiel à zéro charge (PZC)
III.B.6. Etude de la réactivité chimique par la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT)
III.B.7. Analyse par microscopie électronique à balayage
III.B.8. Analyse par microscopie à force atomique (AFM)
III.C. EFFET SYNERGIQUE DE L’ASCOTEC-FU ET DE LA TETRATHIAFULVALENE
III.C.1. Courbes de polarisation
III.C.2. Paramètre de synergie (s)
Références bibliographiques
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
