chapitre 10 la tenue À la corrosion de … · 149 alcan marine 5. les formes de corrosion de...

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1. Les caractéristiques du milieu marin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1471.1 L'eau de mer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1471.2 L'atmosphère marine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

2. La tenue à la corrosion de l'aluminium sous contrôle du film d'oxyde naturel . . . . . . . . 148

3. L'influence du pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

4. L'influence des éléments d'addition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

5. Les formes de corrosion de l'aluminium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1495.1 La corrosion uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1495.2 La corrosion par piqûres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1495.3 La corrosion transcristalline et la corrosion intercristalline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1505.4 La corrosion feuilletante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1515.5 La corrosion à la ligne d'eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1515.6 La corrosion caverneuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

6. La corrosion galvanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1526.1 Notion de pile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1526.2 Les conditions de la corrosion galvanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1536.3 Notion de potentiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1546.4 Aspects pratiques de la corrosion galvanique de l'aluminium en milieu marin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1556.5 Cas des contacts hétérogènes immergés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1556.6 Cas des contacts hétérogènes émergés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1556.7 Influence de la nature du métal en contact avec l'aluminium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

7. Le ternissement et le noircissement de l'aluminium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

8. Le rôle et la prévention des salissures marines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

9. L'influence du soudage et des dispositions constructives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1599.1 Influence du soudage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1599.2 Influence des dispositions constructives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

10. La sensibilité à la corrosion des alliages d'aluminium dans les applications marines . 15910.1 Choix des alliages pour les applications marines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15910.2 Sensibilité des 5000 à la corrosion intercristalline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

11. Les tests de corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16211.1 Test relatif à la corrosion exfoliante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16211.2 Test relatif à la corrosion intercristalline des 5000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16311.3 Test relatif à la corrosion intercristalline des 6000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

C h a p i t r e 1 0L A T E N U E À L A C O R R O S I O N D E L ' A L U M I N I U M

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L’ENVIRONNEMENT marin est unmilieu particulièrement agres-

sif vis-à-vis de la plupart des maté-riaux. Il suffit pour s’en rendrecompte de voir dans quel état setrouvent les vieux navires et lesépaves abandonnés sur le littoral,qu’ils soient en bois ou en acier.

Rares sont les métaux qui résistentsans protection dans ce milieu. Lebronze en fait partie. Dans lesmusées du pourtour de laMéditerranée, il est possible d’ad-mirer des statues retrouvées sur lesépaves antiques qu’elles ornaient etqui sont restées plusieurs siècles,et même deux millénaires, immer-gées dans l’eau de mer.

La très longue expérience de latenue à la corrosion de l’alumi-nium en atmosphère marine oudans l’eau de mer [1] permet desupputer que l’aluminium aura unedurée de vie en milieu marin d’uneexceptionnelle longévité qui semesure d’ores et déjà en décen-nies ! On peut affirmer que l’alu-minium est le « métal de la mer »de l’époque moderne.

Bien que cette évidence soitaujourd’hui largement admise,la question de la tenue à la cor-rosion de l’aluminium dans lesapplications marines mérite àelle seule un long détour pouren rappeler les principes de

base et éviter ainsi quelquesdéboires ou des protectionssuperfétatoires.

Bien que les métallurgistes et lescorrosionnistes aient mis au pointau milieu du XXe siècle des alliages« intrinsèquement » résistants à lacorrosion en milieu marin – les alu-minium-magnésium de la famille5000 – , on observe néanmoins iciet là des cas de corrosion. Leuranalyse montre que, très souvent,l’origine des corrosions tient auxdispositions constructives et auxconditions de service inadaptées àl’aluminium.

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1.LESCARACTÉRISTIQUESDU MILIEU MARIN

Il faut distinguer entre l’eau demer et l’atmosphère marine.

1.1L’eau de mer

La mer est un milieu liquide danslequel se trouvent en équilibre : des sels minéraux dissous, del’ordre de 30 à 35 g par litre, des gaz dissous, dont 5 à 8 ppmd’oxygène (1), des organismes vivants, des matières organiques endécomposition, des matières minérales ensuspension.

L’ensemble constitue un milieutrès complexe dont l’influence dechaque facteur, qu’il soit d’ordrechimique (la composition), d’ordrephysique (la température, la pres-sion), d’ordre biologique (la fauneet la flore), sur la tenue à la corro-sion des métaux n’est ni réelle-ment séparable, ni séparémentquantifiable.

Les grands océans, Atlantique,Indien et Pacifique, qui communi-

quent entre eux dans l’hé-misphère Sud, ont à peu près lamême salinité totale, de 32 à 37 g. l-1 dont 30 g. l-1 de chlorurede sodium, le « sel ».

La salinité des mers fermées ouisolées peut être très différente decelle des grands océans et varieren cours d’année en fonction dessaisons. Ainsi, la mer Baltique aune salinité totale de 8 g. l-1, la merNoire : 22 g. l-1, la Méditerranée :41 g. l-1, et le golfe Arabo-Persique : 57 g. l-1 [2].

L’agressivité de l’eau de mer vis-à-vis des métaux et des autresmatériaux est due à l’abondancede chlorures « Cl- ».

L’expérience et les résultats desessais de corrosion montrent quela tenue à la corrosion de l’alumi-nium est la même quel que soit lamer ou l’océan. Des essais com-paratifs sur les mêmes alliagesimmergés en mer du Nord (16 à17 g. l-1 de chlorures, variationannuelle de température 0 à 18 °C)et dans le golfe Arabique (26 à34 g. l-1 de chlorures, variationannuelle de température 17 à30 °C) montrent qu’il n’y a pas dedifférence significative entre lesdeux sites bien que la salinité variedu simple au double [3].

Quand l’eau d’un port est polluéepar des rejets urbains ou indus-triels, la tenue à la corrosion del’aluminium peut en être modifiée,sous réserve, bien sûr, que leséléments polluants aient uneinfluence sur la corrosivité de l’eaude mer vis-à-vis de l’aluminium (2).

1.2L’atmosphère marine

L’agressivité de l’atmosphèremarine est accentuée par l’humi-dité et les embruns, qui sont cons-titués de très fines gouttelettesd’eau de mer emportées par levent. L’influence de l’atmosphèremarine – dont l’effet s’atténue for-tement à quelques kilomètres durivage – dépend de l’orientation etde l’intensité des vents dominants.

D E L’ A L U M I N I U M E N M I L I E U M A R I N

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(1) ppm = partie par million ou mg. l -1.

(2) L’eau de mer diluée des estuaires estgénéralement plus agressive vis-à-visdes matériaux, y compris l’aluminium,que l’eau de mer du large. Ce paradoxepeut s’expliquer de diverses manières :les précipitations de carbonate decalcium et de magnésium, qui déposentsur le métal un film plus ou moinsprotecteur, ne se font pas dans une eaude mer diluée. L’activité biologique y estralentie. Les rejets domestiques ouindustriels viennent modifier leséquilibres physico-chimiques et sontéventuellement des agents corrosifs en eux-mêmes.

MODULE D'HABITATION

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2.LA TENUE À LACORROSION DEL’ALUMINIUM SOUSCONTRÔLE DU FILMD’OXYDE NATUREL

La très bonne tenue à la corrosionde l’aluminium est due à la présencepermanente sur le métal d’un filmd’oxyde naturel constitué d’aluminede formule Al2O3, qui rend ce métal« passif » à l’environnement.

Bien qu’il ait une très faible épais-seur, comprise entre 5 et 10 nano-mètres (3), ce film d’oxyde consti-tue une barrière entre le métal etle milieu ambiant.

Il se forme instantanément dès quele métal entre en contact avec unmilieu oxydant : l’oxygène de l’air,l’eau. La vitesse de formation de cefilm est de l’ordre du millième deseconde et se produit même sousdes pressions très faibles d’oxy-gène, de l’ordre du millibar.

La stabilité physico-chimique dufilm d’oxyde a donc une trèsgrande importance pour la résis-tance à la corrosion de l’alumi-nium. Elle dépend des caractéris-tiques du milieu, dont le pH, etaussi de la composition de l’alliaged’aluminium.

3.L’INFLUENCE DU pH

La vitesse de dissolution du filmd’oxyde dépend du pH du milieu(figure 123). Elle est très forte enmilieu acide et en milieu alcalin, etelle est faible dans les milieux pro-ches de la neutralité (pH 5 à 9). Lefilm d’oxyde est donc très stabledans l’eau de mer, dont le pH estde 8 à 8,2.

Contrairement à une idée fortrépandue, le pH n’est pas le seulcritère à prendre en compte pourprédire la tenue de l’aluminiumdans un milieu aqueux : la naturedes acides ou des bases joue unrôle prépondérant. Cela est trèsimportant quand on doit choisir unproduit nettoyant ou décapantpour l’aluminium.

Les hydracides tels que l’acidechlorhydrique et l’acide sulfuriqueattaquent fortement l’aluminium,d’autant plus qu’ils sont en solu-tion concentrée. Mais l’acidenitrique concentré n’a pas d’actionsur l’aluminium (4). Il peut être uti-lisé en concentration supérieure à50 % pour le décapage de l’alumi-nium et de ses alliages. Les acidesorganiques n’ont qu’une actiontrès modérée sur l’aluminium.

C’est également vrai en milieualcalin : la soude caustique, lapotasse attaquent sévèrementl’aluminium. Par contre, l’ammo-niaque concentrée a une actionbeaucoup plus modérée. Il en estde même des bases organiques.

4.L’INFLUENCE DES ÉLÉMENTSD’ADDITION

Certains éléments d’addition desalliages d’aluminium renforcentles propriétés protectrices du filmd’oxyde naturel. D’autres, aucontraire, les affaiblissent. Parmiles premiers, il faut citer le magné-sium, dont l’oxyde (la magnésie)se combine à l’alumine. Il amélioreles propriétés protectrices du filmd’oxyde naturel, ce qui expliqueles performances remarquablesde tenue à la corrosion des allia-ges au magnésium de la famille5000 : 5754, 5083, 5383, 5086,etc.

Au contraire, le cuivre est un deséléments qui affaiblissent les pro-priétés protectrices du filmd’oxyde. C’est la raison pourlaquelle il est très fortementdéconseillé d’utiliser, en milieumarin, sans protection spéciale,les alliages d’aluminium au cuivrede la famille 2000 ainsi que ceuxde la famille 7000 qui ont une addi-tion de cuivre.

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SOLUBILITÉ DE L’ALUMINE

0 2 4 6 8 11 12 14

1

0

-1

-2

-3

pH de l’eau de mer

Log (V)mg.dm-2.h-1

Dissolutionalcaline en

AlO2-

Dissolutionacide en

Al3+

Figure 123

(3) Un nanomètre vaut un milliardièmede mètre (10-9 m).

(4) Il contribue même par sa fonctionoxydante à renforcer très légèrement lacouche d’oxyde.

PASSERELLE D'ACCÈS

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5.LES FORMES DE CORROSION DE L’ALUMINIUM

Ne sont citées ici que les formesde corrosion qu’on peut éventuel-lement rencontrer en milieu marinsur les alliages de corroyage desfamilles 1000, 3000, 5000, 6000,et les alliages de moulage au sili-cium (40000) ou au magnésium(50000).

Ce sont : la corrosion uniforme, la corrosion par piqûres, la corrosion transcristalline, la corrosion intercristalline, la corrosion feuilletante, la corrosion à la ligne d’eau, la corrosion caverneuse, la corrosion galvanique.

5.1La corrosion uniforme

Ce type de corrosion se traduit parune diminution d’épaisseur régu-lière et uniforme de la surface dumétal. La vitesse de dissolutionpeut varier de quelques micronspar an, dans un milieu non agres-sif, à plusieurs microns par heureselon la nature de l’acide ou de labase en solution dans l’eau.

En milieu marin, que ce soit enimmersion dans l’eau de mer ousous l’effet de l’atmosphèremarine, la corrosion uniforme estinfime, de l’ordre du micromètrepar an. Elle n’est pas mesurable.

Il en résulte que la durée de ser-vice d’un matériel en alliage d’alu-minium adapté au milieu marinn’est pas limitée par ce type decorrosion.

5.2La corrosion par piqûres

C’est une forme de corrosion trèslocalisée commune à beaucoup demétaux (figure 124). Elle se traduitpar la formation de cavités dans lemétal, dont le diamètre et la pro-fondeur varient selon un certainnombre de paramètres inhérentssoit au métal (nature de l’alliage,conditions d’élaboration, etc.), soitau milieu : concentration en selsminéraux, etc.

L’aluminium est sensible à la corro-sion par piqûres dans les milieuxdont le pH est voisin de la neutralité,c’est-à-dire, en fait, tous les milieuxnaturels dont les eaux de surface,l’eau de mer, l’humidité de l’air.

Contrairement à d’autres métauxusuels, cette forme de corrosionattire l’attention parce que les piqû-res de corrosion de l’aluminiumsont toujours recouvertes de pus-tules blanches d’alumine hydratéegélatineuse Al(OH)3 très volumi-neuses. Le volume de la pustuleest toujours plus important quecelui de la cavité sous-jacente.

La corrosion par piqûres se déve-loppe sur des sites où le filmd’oxyde naturel présente desdéfauts (amincissement, rupturelocale, lacune), provoqués pardiverses causes liées aux condi-tions de transformation, aux élé-

ments d’addition. L’expériencemontre que les zones meulées,rayées lors des opérations dechaudronnage, de pliage, de sou-dage, sont des niches où lespiqûres pourront se développerpendant les premières semainesd’immersion dans l’eau de mer.

Ce qui importe pour l’utilisateur,c’est de connaître la vitessed’approfondissement des piqûres,dès lors qu’elles sont initiées.Contrairement à d’autres métaux,dont les produits de corrosion sontsolubles, ce qui est le cas du zinc,l’alumine Al(OH)3, est insoluble dansl’eau, si bien qu’une fois formée, ellereste accrochée à la surface dumétal, dans les anfractuosités de lapiqûre. Ce faisant, l’alumine hydra-tée freine considérablement leséchanges entre l’eau de mer ou l’hu-midité de l’air et le métal.

La vitesse de corrosion par piqû-res de l’aluminium et de ses allia-ges décroît donc très vite dans laplupart des milieux, y comprisdans l’eau de mer. Des mesuresde profondeur de piqûres faites àintervalles réguliers ont montréque la vitesse de piqûration « v »est liée au temps « t » par desrelations du type v = Kt1/3.

L’expérience pluridécennale del’emploi de l’aluminium non pro-tégé dans le bâtiment en bord demer (toitures, bardages) et dans laconstruction navale confirme les

10. LA TENUE A LA CORROSION DE L 'ALUMINIUM EN MIL IEU MARIN

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CORROSION PAR PIQÛRE DE L‘ALUMINIUM

AI(OH)3

3e- 3 e-

H2Cl-

6 OH-

Al3Fe

3/2 O2

3/2 H2

3 H+

CuOxydeAl3+

Figure 124

3H2O

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résultats obtenus en laboratoireou en exposition naturelle, ou enstation de corrosion, pendant unelongue durée : la profondeur despiqûres une fois formées pendantles premiers mois de service n’é-volue pratiquement plus ensuite.

Ce ralentissement de la vitesse decorrosion par piqûres explique quel’on puisse utiliser du matériel enaluminium dans certains milieuxnaturels (atmosphère rurale,atmosphère marine, eau de mer)sans aucune protection pendantdes décennies. C’est aussi vrai enatmosphère marine (figure 125)qu’en immersion dans l’eau demer (figure 126). Dans un cascomme dans l’autre, la profondeurdes piqûres éventuelles dépasserarement le millimètre après plu-sieurs années.

5.3La corrosion trans-cristalline et la corrosion inter-cristalline

La corrosion à l’intérieur du métal,à l’échelle du grain, peut se propa-ger de deux manières (figure 127) : dans toutes les directions : lacorrosion affecte indifféremmenttous les constituants métallur-giques, il n’y a pas de corrosionsélective. C’est la corrosion trans-granulaire ou corrosion transcris-talline, ainsi appelée parce qu’elleprogresse à l’intérieur des grains, suivant des chemins préféren-tiels : la corrosion progresse le longdes joints des grains. Contraire-ment à la corrosion transgranulaire,cette forme de corrosion consommetrès peu de métal.

Elle n’est pas décelable à l’œilnu. Il faut faire un examen micro-graphique, généralement sousun grossissement de 50, pour ladéceler. Quand elle pénètre enprofondeur, elle réduit les carac-téristiques mécaniques, en parti-culier l’allongement, et elle peutmême provoquer des rupturesde pièces.

La corrosion intercristalline se pro-page à partir de piqûres. Il n’y pasde rapport entre la profondeur depénétration de la corrosion inter-cristalline et le diamètre des piqû-res de corrosion. En d’autres ter-mes, la corrosion intercristallinepeut se propager aussi en profon-deur à partir de très petites piqû-res superficielles.

La corrosion intercristalline estcausée par la différence de poten-tiel électrochimique qui peut exis-ter entre le grain lui-même et lazone des joints de grains où peu-vent se produire des précipitationsde composés intermétalliques,telle la phase βAl3Mg2 pour lesalliages au magnésium. Le poten-tiel de dissolution de cet intermé-tallique est très électronégatif : – 1 150 mV ECS par rapport augrain : – 750 mV.

La corrosion intercristalline peutse développer si trois conditionssont simultanément réunies : présence d’un milieu aqueuxcorrosif, différence de potentiel d’aumoins 100 mV entre les intermé-talliques et la solution solide, précipitation continue dansles joints de grains des intermé-talliques.

Compte tenu de la différence depotentiel de 400 mV entre laphase βAl3Mg2 et le grain, les allia-ges aluminium-magnésium sontsensibles à cette forme de corro-sion dans des conditions bien défi-nies et bien connues, rappelées auparagraphe 10.2. 150

EXPOSITION EN BORD DE MER

5 10 15 20

Durée d’exposition (années)

Pechiney, Centre de Recherche de Voreppe

800

600

400

200

0

Profondeur piqûres

maximum

moyenne

(microns)

IMMERSION PERMANENTE EN EAU DE MER

1 5

Durée de l’immersion (années)Pechiney, Centre de Recherche de Voreppe

800

600

400

200

0

Profondeur piqûres maximum(microns)

Figure 125

Figure 126

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Il est habituel d’évaluer l’inten-sité de la corrosion intercristal-line par le nombre de couches degrains atteintes. Il est admis quela corrosion intercristalline estsuperficielle et sans danger sielle ne se propage pas au-delàde 3 ou 4 couches, ce qu’onobserve sur les alliages de lafamille 6000.

Les tests sélectifs pour détec-ter la sensibilité à la corrosionintercristalline des alliages d’a-luminium sont indiqués au para-graphe 11.

5.4La corrosion feuille-tante

La corrosion feuilletante est uneforme de corrosion qui se propagesuivant des plans parallèles à ladirection du laminage (ou dufilage) entre lesquels subsistentdes feuillets de métal non atta-qués. L’accumulation des produitsde corrosion provoque le gonfle-ment de la zone corrodée, écar-tant les fines lamelles de métalcomme les feuilles d’un livre, d’où le nom de « corrosion feuille-tante ».

La sensibilité des alliages d’alumi-nium à cette forme de corrosion,très caractéristique (figure 136,p. 162), dépend des conditions detransformation (gamme de lami-nage ou de filage, taux d’écrouis-sage, texture de grains allongée).

Sur les alliages aluminium-magnésium (5083, 5383, 5086,etc.), l’état H116, contrôlé au testASSET (5), est désensibilisé àcette forme de corrosion.

5.5La corrosion à la ligne d’eau

Cette forme de corrosionconcerne les structures métal-liques, en particulier en acier,semi-immergées : la zone immer-gée, très proche de la limiteair/eau, peut subir une corrosionpréférentielle, parfois sévère (6).

Sur l’aluminium, cette corrosionest due à la différence de concen-tration en chlorures qui est crééedu fait de l’évaporation dans la par-tie la plus mince du film d’eau quimouille le métal (figure 128). Il enrésulte une différence de potentielde dissolution qui peut être impor-

tante entre le bas et le haut duménisque qui est anodique, donccorrodé [4].

L’aluminium et ses alliages nesont pas très sensibles à cetteforme de corrosion dans l’eau demer. Ainsi, la ligne de flottaisondes barges, des navires dont lacoque n’est pas peinte, n’est paspréférentiellement corrodée dansl’eau de mer. Il en est de mêmedes pieux de soutien et des flot-teurs des pontons des ports deplaisance.

Cet effet est très atténué dansl’eau en mouvement qui renou-velle constamment le ménisque.

Si l’on veut éviter tout risque decorrosion à la ligne d’eau, quandles eaux sont stagnantes, il fautpeindre de part et d’autre de laligne de séparation air/eau.

CORROSION TRANSCRITALLINE ET INTERCRISTALLINE

Corrosion transcristalline Corrosion intercristalline

CORROSION À LA LIGNE D’EAU

Eau

Air- 800 mV

- 980 mV

Aluminium

Figure 128

Figure 127

(5) Cf. paragraphe 11.

(6) Sur l’acier, cette forme de corrosionappelée « corrosion par aérationdifférentielle » est due à la différence deconcentration en oxygène entre lacouche d’eau immédiatement au contactde l’air, donc plus riche en oxygène, etcelle de dessous. La corrosion se produitau-dessous de la ligne d’eau.

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5.6La corrosioncaverneuse

On l’appelle aussi « corrosionsous dépôt ». Elle se développedans les recoins, sous les dépôts,là où l’eau pénètre et ne se renou-velle pas (figure 129).

La corrosion caverneuse pro-gresse généralement peu sur l’alu-minium, sans doute à cause de laprécipitation de l’alumine – produitde la corrosion – qui colmate rapi-dement les accès aux recoins. Eneffet, on constate très souvent,lors du démontage d’un assem-blage riveté ou vissé ayantséjourné très longtemps dansl’eau de mer, qu’entre les deuxtôles, il y a un dépôt continu d’alu-mine.

Il faut néanmoins éviter, autantque possible, de laisser lors del’assemblage des recoins qui peu-vent être, à la longue, des niches àcorrosion. On évitera donc les sou-dures discontinues, « en che-nille », sur des structures immer-gées en permanence ou mêmepar intermittence.

6.LA CORROSIONGALVANIQUE

La crainte, parfois exagérée, de lacorrosion galvanique a été long-temps un frein au développementde l’aluminium, que ce soit dans laconstruction navale ou dans l’équi-pement du littoral.

La longue expérience acquise desapplications de l’aluminium enmilieu marin fait que l’on sait main-tenant apprécier, à leur justeniveau, les risques de corrosiongalvanique de l’aluminium dans lesassemblages hétérogènes entrel’aluminium et les métaux usuelstels qu’on en trouve en construc-tion navale (ou dans d’autres appli-cations).

Cela est d’autant plus nécessairequ’il n’est ni possible, ni mêmesouhaitable, pour des raisons éco-nomiques et techniques, de réali-ser des équipements entièrementhomogènes en aluminium. Parexemple, sur un navire de plai-sance, les arbres de transmission,les hélices, les vannes, les canali-sations ne sont pratiquementjamais en aluminium.

Il appartient donc au concepteur età l’exploitant de faire en sorte queles contacts en milieu marin entrel’aluminium et les autres métauxne puissent induire une corrosiongalvanique. C’est tout à fait possi-ble, sans difficulté, à conditiond’observer quelques règles élé-mentaires fondées sur les princi-pes de base, en particulier lanotion de pile, la notion d’échellede potentiel et, bien évidemment,aussi sur l’expérience.

6.1Notion de pile

Lorsque deux métaux ou alliagesde nature différente, par exem-ple du cuivre et du zinc, sont misen contact direct (ou reliés élec-triquement) dans un milieuhumide et conducteur de l’élec-tricité, par exemple une solutiond’acide sulfurique, l’un des deuxmétaux – ici le zinc – seconsomme tandis que l’autre, lecuivre, conserve son intégrité etson aspect.

C’est une pile (7) constituée dedeux électrodes, chacun desmétaux (figure 130) :

n celui qui se consomme estappelé l’anode, siège d’une réac-tion d’oxydation :

M Õ Mn+ + ne-

ouAl Õ Al3 + + 3e-

quand c’est de l’aluminium,n l’autre, appelé la cathode, est lesiège d’une réaction de réduction,le plus souvent à celle des ions H+ présents dans l’eau (8) :

H+ + e- Õ H2

Il y a dégagement d’hydrogène.Le volume dégagé est sans com-mune mesure avec la masse demétal dissoute à l’anode. Il estde 33,6 l, dans les conditionsstandard : à 25 °C sous une pres-sion de 1 013 mbar, pour 27 gd’aluminium.

Les réactions à l’anode et à lacathode ont lieu simultanément etsont équilibrées en charges élec-triques « e- ». Dans le cas de la

152

CORROSION CAVERNEUSE

ä

H+

H+

Al3+

Al3+

Al3+

Al3+

Al3+

H+H+H+

ä

ä

ä

e-Cl-

e-

Al3+

Al3+

Figure 129

(7) Ainsi appelée parce que le premiergénérateur de courant, inventé par Voltaen 1800, était un empilement derondelles de zinc et de cuivre, isoléesles unes des autres par du feutre,immergées dans une solution diluéed’acide sulfurique.

(8) Les ions H+ proviennent soit de la dissociation de l’eau elle-même,soit d’un acide dissous dans l’eau.

153

Alc

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corrosion galvanique de l’alumi-nium, la réaction globale est la sui-vante :

Il y a dégagement d’hydrogène (àla cathode) et dissolution de l’alu-minium (à l’anode) avec formationd’alumine Al(OH)3.

6.2Les conditions de lacorrosion galvanique

Ces équations simplifiées mon-trent que, pour qu’il y ait corrosiongalvanique, il faut que trois condi-tions soient simultanémentréunies :– présence d’un électrolyte,– continuité électrique,– nature différente des métaux.

n Présence d’un électrolyte : lazone des contacts doit êtremouillée par de l’eau ou par del’eau de mer. La corrosion galva-nique est d’autant plus forte que lemilieu est plus conducteur, ellesera donc beaucoup plus intenseen immersion dans l’eau de mer,

dont la résistance est de l’ordre de10 à 25 Ω.cm-1, que dans l’eaudouce (ou l’eau de pluie), dont larésistance atteint plusieurs milliersde W.cm-1, selon l’origine des eaux.

n Continuité électrique entre lesdeux métaux, soit par contactdirect, soit par une liaison entre lesdeux métaux (par exemple des visde serrage).

En conséquence, l’un desmoyens, bien simple, d’éviter lacorrosion galvanique est d’isoleraussi soigneusement que possi-ble les deux métaux. Pour cela, ilsuffit d’interposer une forte résis-tance ohmique, c’est-à-dire unisolant (figure 131), tel du néo-prène (9).

Comme dans toute pile, tout cequi ralentit ou freine les réactionsélectrochimiques sur les électro-des réduit son débit. On dit qu’il ya « polarisation ». Appliquée aucas de la corrosion galvanique,l’accumulation des produits decorrosion dans la zone descontacts entre les deux métaux laralentit.

Ainsi, quand on démonte desassemblages mixtes de tôles enacier et en alliage d’aluminiumboulonnées l’une contre l’autre,sans aucun isolement, qui ont étéimmergés pendant plusieursannées dans l’eau de mer, ontrouve dans la zone des contactsun « cataplasme » très densed’alumine. La corrosion de l’alumi-nium reste limitée parce que l’alu-mine a beaucoup ralenti les échan-ges ioniques (10).

n Métaux de nature différente :c’est ici qu’intervient la notion depotentiel, qu’il faut développer.

153

PRINCIPE D’UNE PILE

ä

ä e- e-

ä

ä

ä

Cathodecuivre

Liaison électrique

Sens électrons

Liaison ionique

Solution d’acide dilué

ä

Anodezinc

2H+ + 2e- Õ H2↑

Zn Õ Zn2+ + 2e-

ä

ä

Figure 130

ISOLEMENT DE L’ALUMINIUM

ä

ä

ä

Aluminium

Isolant ( PVC,élastomères)

Autre métal(Acier…)

Écrou

ä

ä

ä

Figure 131

(9) C’était la solution autrefois la plusutilisée dans la construction navale. Pourles structures immergées, on lui préfèremaintenant la protection cathodique (cf. chapitre 11).

(10) Il va de soi qu’on ne peut comptersur cette corrosion initiale pour espérerune protection, plus ou moins illusoire, à terme.

Canon etrondelles

isolants

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6.3Notion de potentiel

C’est une donnée thermodyna-mique qui mesure l’aptitude àl’oxydation d’un métal. Plus lepotentiel est électronégatif, plusle métal a tendance à s’oxyder.

Un potentiel se mesure en milli-volts (mV) par rapport à uneélectrode de référence et dans unmilieu bien défini. Les corrosion-nistes utilisent, le plus souvent,l’électrode au calomel saturé(ECS) comme référence.

On obtient un classement – uneéchelle – des métaux et alliages,dont on trouvera un extrait dans letableau 67 pour les métaux usuelsdans l’eau de mer naturelle enmouvement.

Le classement dans cette échellede potentiel permet de prévoirlequel des deux métaux, en casde contact dans un milieu aqueux,ou plus précisément dans l’eau demer, sera attaqué :n celui qui est le plus électroné-gatif si tous deux ont un potentielélectronégatif,n celui qui est électronégatif sil’autre est électropositif.

Par exemple, dans le couple :Zinc Ed = – 1 130 mVFer Ed = – 610 mVc’est le zinc qui se corrode (11).

L’expérience montre que la corro-sion galvanique ne se produit quesi les deux métaux en contact ontune différence de potentiel d’aumoins 100 mV.

Les alliages d’aluminium utilisésdans les applications marines ontdes potentiels de dissolution très

154

POTENTIELS DE DISSOLUTION DES ALLIAGESD’ALUMINIUM (SOLUTION NaCl, H2O2, ASTM G 69)

Alliage Potentiel mV ECS

1050A – 750

3003 – 740

5052 – 760

5056 – 780

5083 – 780

5086 – 760

5154 – 770

5182 – 780

5454 – 770

5456 – 780

6005A – 710

6060 – 710

6061 – 710

6063 – 740

42000 (A-S7G03) – 820

51300 (A-G5) – 870

Tableau 66

POTENTIELS DE DISSOLUTION MESURÉS DANS L’EAU DEMER NATURELLE EN MOUVEMENT À 25°C

Alliage Potentiels de dissolution (mV ECS) (*)

Graphite + 90

Acier inoxydable – 100

Titane – 150

Inconel – 170

Cupronickel 70-30 – 250

Cupronickel 90-10 – 280

Bronze – 360

Laiton – 360

Cuivre – 360

Plomb – 510

Acier ordinaire – 610

Fonte – 610

Cadmium – 700

Aluminium – 750

Zinc – 1 130

Magnésium – 1 600

(*) mV ECS = millivolt, électrode au calomel saturé. Tableau 67

(11) C’est ce qui explique l’efficacité du zingage de l’acier et donc ledéveloppement de l’acier galvanisé dans beaucoup d’applications où il fautle protéger contre la corrosion.

155

Alc

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proches les uns des autres(tableau 66). Il en résulte qu’enmilieu marin il n’y a aucun risquede corrosion galvanique entre cesalliages d’aluminium. C’est égale-ment vrai pour les alliages de mou-lage. C’est la raison pour laquelleon utilise fréquemment des raidis-seurs en 6000 soudés sur destôles en 5000.

6.4Aspects pratiques de la corrosiongalvanique de l’aluminium en milieu marin

La corrosion galvanique est unphénomène très localisé et biensouvent limité à la zone descontacts. En théorie, la densité decourant qui détermine la vitessede dissolution du métal anodiquedépend du rapport :

surface cathodiquesurface anodique

L’expérience montre que l’on nepeut rien attendre de ce rapportde surface parce que la corrosiongalvanique se développe surtoutdans la zone des contacts ou àproximité. Il faut donc estimer lasurface anodique à peu prèségale à celle de la surface catho-dique.

En d’autres termes, une petitepièce, par exemple une vis ouune sonde, en cuivre ou enalliage cuivreux, fixée sansaucune précaution d’isolementsur une structure importante enalliage d’aluminium, le toutimmergé en permanence, pro-voquera une forte corrosiongalvanique à l’endroit de safixation.

La position de l’aluminium dansl’échelle des potentiels (ta-bleau 67) montre que, danspresque tous les cas d’assem-blage avec un autre métal usuel(12), il sera l’anode de la pile ainsi

constituée, donc susceptible desubir une corrosion galvanique, siles conditions s’y prêtent.

Pour apprécier au mieux lesrisques de corrosion galvanique del’aluminium dans un assemblagehétérogène, il faut distinguerentre : une structure immergée(œuvres vives), une structure émergée (œuvresmortes), et, dans ce cas, il fauttenir compte de la nature dumétal.

Remarque : L’anodisation neconstitue pas du tout une protec-tion contre la corrosion galvanique.

6.5Cas des contactshétérogènes immer-gés

Quand les contacts sont immer-gés, conformément à ce qui a étédit plus haut, la corrosion galva-nique de l’aluminium est inélucta-ble au contact de la plupart desmétaux usuels (13). Son intensitédépendra de la nature du métal, dela composition du milieu et de ladurée, s’il s’agit d’un endroitmouillé épisodiquement.

La protection de la structure enaluminium s’impose et on pourrachoisir entre plusieurs solutions : l’isolement : en interposantentre les deux métaux des jointsen matière plastique. Ainsi, enpratique, sur une canalisation, ilsuffit de placer entre les bridesen aluminium de la canalisationet celles d’une vanne en acierinoxydable ou en laiton, parexemple, un joint isolant suffi-samment épais, la peinture : il faut masquerd’abord la surface cathodique,c’est-à-dire l’autre métal. Ne pein-dre que l’aluminium se révèleêtre beaucoup moins efficace, la protection cathodique : c’estla solution la plus pratique (14), la

plus utilisée maintenant pourneutraliser les couples galva-niques entre la coque d’un navireen aluminium et le système depropulsion (arbre et hélice), oules autres implantations sur lacoque (crépines, accessoiresdivers).

Remarque : L’abandon accidenteld’un outil en acier, par exempleune clef de serrage, en fond decale peut provoquer une corrosiongalvanique si de l’eau stagne enpermanence dans la zone oùséjourne la pièce en acier (ou entout autre métal).

6.6Cas des contactshétérogènes émergés

L’expérience, maintenant pluri-décennale, des applications del’aluminium en milieu marin, quece soit à bord des navires oudans les équipements du littoral,montre que les contacts avec l’a-cier ordinaire, nu ou revêtu (gal-vanisé, cadmié), avec l’acierinoxydable, ne provoquent pas decorrosion galvanique significativede l’aluminium et des alliages(15) des familles 1000, 3000,5000, 6000 (16).


155

(12) Sauf avec le cadmium, le zinc et lemagnésium. Il n’y aura donc pas decorrosion galvanique de l’aluminium aucontact de la visserie en acier galvaniséou en acier cadmié. Mais cela est vraitant qu’il y a du zinc ou du cadmium surl’acier, lesquels, on le sait, seconsomment pour protéger l’acier.

(13) C’est aussi la situation des contactshétérogènes dans les fonds du navire, side l’eau vient à y stagner.

(14) Cf. chapitre 11.

(15) Plusieurs raisons expliquent cela : il y a formation d’un film de produits decorrosion (rouille, alumine) sur les facesen contact qui, comme on l’a vu plushaut, freine les réactionsélectrochimiques.

(16) Dans certains cas, les alliages aucuivre des familles 2000 et 7000 sontsensibilisés à la corrosion au contact de l’acier.

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156

C’est si vrai que l’on ne protègepratiquement plus ces contacts,aussi bien à bord des navires (17)que sur les équipements du litto-ral, sauf bien évidemment dans lecas où on souhaite éviter les cou-lures de rouille sur des structuresen aluminium (dans le cas decontact avec l’acier). On utilisemaintenant des joints de transitionen acier-aluminium (18) pour réali-ser les jonctions soudées entreune coque et ses alliages.

6.7Influence de la nature du métalen contact avecl’aluminium

Le risque de corrosion galvaniquepeut être plus important au contactde certains métaux et alliages.

Le cuivre et ses alliagesSi le contact entre les alliagesd’aluminium et le cuivre et sesalliages (laiton, bronze) ne donnepas lieu à une corrosion galvaniquenotable, en position émergée, enmilieu marin et humide, il est pré-férable, quand c’est possible, deménager un isolant entre les deuxmétaux si on veut éviter unedégradation superficielle et localede l’aluminium.

Par contre, le produit de la corrosiondu cuivre et de ses alliages, le « vertde gris », est agressif vis-à-vis de l’a-luminium et de ses alliages, aucontact desquels il est réduit enfines particules de cuivre. Celles-ciprovoquent localement une corro-sion par piqûres de l’aluminium.C’est la raison pour laquelle il estpréférable de protéger les structu-res qui se trouvent en dessousd’un accessoire en cuivre, enbronze ou en laiton. Le mieux seraitbien sûr de les peindre pour éviter laformation de vert de gris.

Le plombLe plomb est fréquemment utilisé pour lester les navires de plaisance. Le couple alumi-nium-plomb fonctionne très forte-ment en eau de mer. Il faut doncabsolument empêcher toute péné-tration d’eau dans la quille quandcelle-ci est lestée de plomb avecde la grenaille ou avec des « gueu-ses ». Pour éviter la corrosion gal-vanique qui risque d’être trèssévère, on procède généralementcomme suit (19) : l’intérieur de la quille accessibledepuis le fond du navire est soi-gneusement dégraissé,

on coule au fond de la quille unerésine sur une épaisseur de 15 à20 mm, après séchage de la résine, onplace la grenaille (ou les gueuses)de plomb en évitant soigneuse-ment le contact avec le bordé enaluminium de la quille, les vides autour des gueuses,ou de la grenaille, sont comblésavec de la résine dont le niveausupérieur dépassera de 20 à25 mm celui du plomb, l’accès de la quille est obturé parun moyen approprié pour empê-cher toute pénétration d’humiditédans la quille.

Il n’est pas possible de poser àmême le fond de cale du plombpour lester un bateau. Il faut qu’ilsoit enfermé dans une gaine étan-che pour éviter qu’en présenced’humidité, il y ait corrosion galva-nique de l’aluminium, ou entraîne-ment des sels de plomb issus del’attaque de celui-ci. Les sels deplomb provoquent une attaque parpiqûres de la coque, là où ilsseront entraînés par l’humidité.

Si le lest en plomb est fixédirectement à la coque, il fautl’isoler soigneusement de celle-ci,comme indiqué à la figure 132.

L’usage de peinture à base deminium (de plomb) pour protégerdes pièces en acier à bord d’unnavire en aluminium est à prohibercar les oxydes de plomb, commeceux du cuivre, provoquent unecorrosion sévère de l’aluminiumen présence d’humidité.

156

(17) Pour des raisons de sécurité (cf.chapitre 9), toutes les massesmétalliques à bord d’un navire ou surune structure appelée à recevoir desinstallations électriques doivent être enéquipotentiel. Même si on isole lescontacts pour des raisons de corrosionou de commodité, il faut ménager, en unpoint, une liaison électrique par un câblesouple ou une tresse.


MONTAGE D’UN LEST EN PLOMB OU EN FONTE

Coque en

aluminium

Joints et manchons

isolants

Boulons en acier galvanisé placésavant la coulée du lest

Lest (plombou fonte)

Rondelles isolantes

Figure 132

(19) Toutes ces précautions visant àisoler soigneusement le plomb desparois de la quille s’avéreront illusoires siles soudures de la quille sont poreuses !La pénétration lente de l’eau de mer parles fissures dues à de mauvaisessoudures entraînerait à moyen termeune corrosion irrémédiable de la quille.

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e

Le mercureL’aluminium subit une corrosiontrès sévère au contact du mer-cure. L’attaque se présente sousforme d’efflorescences lamellairesblanches. Elle est d’autant plusétendue que la quantité du mer-cure est importante ou finementdivisée. L’effet du mercure estd’autant plus insidieux qu’il se pro-duit dans les points bas où s’accu-mulent les fines gouttelettes demercure.

Il est donc très vivement décon-seillé d’introduire sur un naviredes appareils de mesure, baromè-tres ou thermomètres, contenantdu mercure, dont le renversementou le bris pourrait induire une cor-rosion sévère de la coque.

Le graphiteBien qu’il ne s’agisse pas d’unmétal (mais d’un métalloïde), lecontact avec du graphite en milieuhumide provoque une corrosiongalvanique plus ou moins intenseselon la porosité du graphite. Il estdéconseillé d’utiliser des graissesgraphitées à bord des navires enaluminium.

Quant au contact entre l’alumi-nium et les composites en fibresde carbone, on manque de reculpour se référer à l’expérienceencore limitée de l’emploi dematériel en fibres de carbone àbord des navires en aluminium.

Les essais en laboratoire, enimmersion dans l’eau de mer arti-ficielle, montrent que l’aluminiumsubit une légère attaque, trèssuperficielle, au contact de piècesen fibres de carbone.

Remarque : Au mouillage, à quai,il faut utiliser de préférence desamarres en chanvre ou en fibressynthétiques, de manière à éta-blir une discontinuité électriqueentre le navire en aluminium etl’ancre ou les armatures métal-liques du quai.

7.LE TERNISSEMENTET LENOIRCISSEMENT DE L’ALUMINIUM

En atmosphère humide ou encontact avec l’eau de mer oul’eau douce, l’aluminium subit unternissement plus ou moins mar-qué selon le milieu. Ce phéno-mène, désigné sous le nom denoircissement, n’est pas une cor-rosion du métal mais seulementl’altération des propriétésoptiques du film d’oxyde naturel.Il n’induit pas une sensibilité ulté-rieure à la corrosion.

Pour éviter le noircissement decertaines pièces en milieu marin,il faut soit les anodiser, soit lesbrillanter, la première méthodeétant de loin la plus durable. Onl’utilise pour les mâts debateaux.

8.LE RÔLE ET LA PRÉVENTIONDES SALISSURESMARINES

Les sels d’aluminium n’étant pas,comme les sels de cuivre (ou demercure), toxiques pour les orga-nismes vivants, ceux-ci peuvents’accrocher sans difficulté sur lessurfaces d’aluminium et y croîtretranquillement si rien ne vient lesen déloger.

Il en est ainsi des salissures mari-nes : barnacles, coraux, algues,éponges, etc. Elles ne provoquentpas de corrosion notable du métalsous-jacent, tout au plus unelégère attaque très superficielle de quelques centièmes de milli-mètres. Les coquillages laissentune empreinte pratiquement indé-lébile sur le métal.

Comme pour les autres métaux,on peut utiliser des peintures« antifouling » sur l’aluminiumpour empêcher le développementdes salissures marines (20).

Seule réserve, très importante : ilfaut proscrire les peintures anti-fouling à base de sels de cuivre,de sels de mercure ou de sels deplomb qui provoquent une gravecorrosion (21). Cette corrosion, denature galvanique, se développepar réduction des sels de cuivre,des sels de mercure ou des selsde plomb au contact de la surfaceen aluminium. Elle peut endom-mager de manière irrémédiable lacoque d’un navire.


157


(21) L’usage des antifouling à base desels minéraux est interdit.

PASSERELLE D’ACCÈS

158

Alc

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e

158

BONMAUVAIS BONMAUVAIS

Humidité

Humidité

Joint étanchéité

Joint étanchéité

Joint étanchéité

Ext

érie

ur

Ext

érie

ur

Zone facile ànettoyer

Bon accrochagedes peintures

Zone difficile ànettoyer

Mauvais accrochage des peintures

Soudure continueSoudure en « chenille »

INFLUENCE DES DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES

Figure 133

159

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9.L’INFLUENCE DU SOUDAGE ETDES DISPOSITIONSCONSTRUCTIVES

L’expérience montre que lesdispositions constructives ont uneinfluence déterminante sur la cor-rosion en service des structuresen alliage d’aluminium.

9.1Influence du soudage

L’expérience montre que les struc-tures soudées des alliages desfamilles 1000, 3000, 5000, 6000ont une tenue à la corrosion analo-gue à celle des surfaces non sou-dées. En d’autres termes, pourvuque le soudage soit fait dans les« règles de l’art » avec les alliagesd’apport adéquats (22), les cor-dons de soudure et les zonesaffectées thermiquement ne sontnullement le siège de corrosionpréférentielle.

Il en est de même pour le collage,qui n’affecte pas non plus la tenueà la corrosion des éléments ainsiassemblés.

9.2Influence des dispositionsconstructives

En dépit de l’excellente tenue àla corrosion des alliages utilisésen construction navale (ou dansles applications marines), onobserve encore des corrosionsen service.

L’analyse de ces cas montre quece sont le plus souvent des dispo-sitions adoptées lors de la concep-tion qui ont provoqué ces désor-dres. La figure 133 illustre les casclassiques de dispositions cons-tructives néfastes à la bonnetenue à la corrosion.

L’expérience montre que leszones où de l’eau stagne, cellesoù s’accumulent des poussières(et des suies) peuvent subir descorrosions très sévères sousforme de piqûres profondes, etmême de perforations.

Il faut donc faciliter l’évacuation del’eau, y compris celle des conden-sations fréquentes sur les paroissoumises à des variations de tem-pérature, aérer autant que possi-ble les volumes plus ou moinsaccessibles (ballasts, cales, etc.).

Ces zones, ainsi que les caissonsétanches (ou les volumes réservesde flottabilité) devront être l’objetd’une surveillance régulière etd’un entretien plus fréquent que lereste de la structure.

Enfin, tout ce qui contribue à main-tenir une humidité permanente,tels certains revêtements, doitêtre soigneusement évité. Ainsi,les mousses (ou les nappes iso-lantes en laine de roche ou en pro-duits similaires) utilisées pour iso-ler thermiquement, placées contreune paroi en aluminium, serontdisposées de telle sorte qu’ellesne puissent être un piège àcondensation ou être infiltrées parl’humidité.

Les revêtements de sol seront, depréférence, collés pour éviter lesinfiltrations d’humidité entre euxet le « sol » en aluminium.

Remarque : Les courants élec-triques vagabonds peuvent être unfacteur provoquant la corrosion dela surface de la coque au contactde l’eau de mer. Ainsi que cela aété rappelé (23), la coque (et touteautre structure métallique dubateau) ne doit jamais servir deconducteur de retour du courant,qu’il soit continu ou alternatif.

10.LA SENSIBILITÉ À LA CORROSIONDES ALLIAGESD’ALUMINIUM DANSLES APPLICATIONSMARINES

L’expérience maintenant pluri-décennale des applications mari-nes de l’aluminium montre que larésistance à la corrosion estremarquable.

Toutefois : certaines familles d’alliage sontcontre-indiquées pour ce typed’application, les gammes de transformationdoivent être adaptées pour éviterune sensibilisation accidentelledes 5000 à la corrosion structurale(corrosion intercristalline, corro-sion feuilletante ou corrosion souscontrainte).

Enfin, les conditions de serviceen température doivent êtrecontrôlées également pour nepas dépasser certains seuils etdurées de maintien en tempéra-ture. L’état H116 présente l’avan-tage de subir un contrôle obliga-toire de la sensibilité à la corro-sion feuilletante.

10.1Choix des alliagespour les applicationsmarines

Si la préférence va aux 5000 etaux 6000 pour leur tenue à lacorrosion, pour leur soudabilitéet leur niveau de caractéris-tiques mécaniques, d’autresalliages de corroyage desfamilles 1000 et 3000 peuventaussi trouver des applicationsnon structurales en décoration,en agencement intérieur, etc.

Par contre, l’emploi des alliagesdes familles 2000 et 7000 doit res-ter l’exception compte tenu de 159



160

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e

leur faible résistance à la corro-sion. Il est indispensable qu’ilssoient spécialement protégés encas d’usage en milieu marin.

Les 2000 et les 7000 au cuivrene sont pas soudables par lesprocédés classiques à l’arc. Parcontre, les 7000 sans cuivre, parexemple le 7020 ou le 7108, sonteux facilement soudables et pré-sentent un niveau élevé decaractéristiques mécaniquesaprès soudage. Cette propriétéintéressante pourrait être unatout pour la chaudronnerie engénéral et la construction navaleen particulier.

Mais la zone affectée thermique-ment présente une très grandesensibilité à la corrosion feuille-tante dans tous les milieux, aupoint qu’il a fallu abandonner ledéveloppement de ces alliagesen dehors d’applications trèsspécifiques, hors du domainecourant.

Sous réserve de progrès décisifspour maîtriser la sensibilité à lacorrosion feuilletante, il n’est paspossible dans l’état actuel (24) desconnaissances sur la métallurgiede ces alliages de les utiliser enconstruction navale sans protec-tion spéciale [5].

Les alliages de moulage couram-ment utilisés en applicationsmarines sont le 42100 (A-S7G03),le 42200 (A-S7G06) et le 51100(A-G3).

10.2Sensibilité des 5000 à la corrosionintercristalline

Depuis le début des années1950, il est bien connu que lesalliages aluminium-magnésiumpeuvent présenter une sensibilitéà la corrosion intercristalline,d’autant plus marquée que lateneur en magnésium est élevée.C’est la raison pour laquelle lesalliages industriels ne dépassentgénéralement pas 5,5 % enmagnésium.

Cette sensibilité est due aux modi-fications de la répartition dumagnésium dans le métal à l’étatsolide. La solubilité du magnésiumdans l’aluminium est très élevée àchaud, 15 % à 450 °C, mais ellen’est plus que de 1 % à la tempé-rature ambiante.

Dès que la température passeau-dessous de 450 °C, lemagnésium précipite alors sousforme d’intermétalliques Al3Mg2

(ou Al8Mg5), couramment dési-gnée « phase β ». Mais, quandcertaines conditions sontréunies, ces précipités peuventse rassembler aux joints degrains. On dit que le métal est« sensibilisé ». Un examen

micrographique révèle facile-ment l’état de l’alliage, sensibi-lisé ou non (figure 134).

La précipitation aux joints degrains de la phase β, qui a ten-dance à être continue, est d’autantplus rapide et plus dense que : la teneur en magnésium estélevée, la température de service estélevée, l’écrouissage est important.

Ainsi que l’illustre la figure 135, il ya un domaine de température,entre 125 et 225 °C, de forte sen-sibilisation. En fait, pour les allia-ges les plus chargés en magné-sium, au-delà de 5 %, la sensibili-sation peut commencer à plusbasse température.

Ainsi qu’indiqué précédemment,ces intermétalliques sont ano-diques par rapport à la masse du grain, leur potentiel est de – 1 150 mV ECS, soit un écart del’ordre de 400 mV par rapport à lasolution solide, ce qui est considé-rable. Il y a donc un risque de cor-rosion intercristalline, et si la préci-pitation est continue aux joints degrains, et si le milieu est corrosif.

La température n’est pas, commeon l’oublie trop souvent et à tort,

160 (24) Juin 2003.

ASPECT MICROGRAPHIQUE DU 5083 SENSIBILISÉ

5083 état sensibilisé 5083 état non sensibilisé

Figure 134

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le seul paramètre de la précipita-tion de la phase β (25). Le temps,c’est-à-dire la durée de chauffage,est aussi à prendre en comptepour évaluer l’intensité de la sen-sibilisation. Cela va de soi puisquela vitesse de migration des ato-mes de magnésium vers les jointsde grains obéit aux lois de diffu-sion dans l’état solide (ici lamatrice en aluminium). Elledépend de la température selon larelation classique :

τ = t exp – (Q/RT)avec :τ = la distance parcouruet = le tempsT = la température absolueQ est une constante qui dépendde l’élément.

On a trop souvent fixé à 65 °C lalimite d’utilisation des 5000 titrantplus de 3,5 % de magnésium (26).En fait, c’est le produit « temps xtempérature » qu’il faut prendreen compte. Ainsi donc, sur un5086, à 65 °C, il faudra 2 ans pourprovoquer une précipitation conti-nue aux joints de grains, et ce seraplusieurs mois à 100 °C. L’effet dela durée est cumulatif.

La sensibilisation de ces alliages –qui n’est jamais une fatalité – peutprovenir des conditions de trans-formation ou des conditions deservice, quand il y a maintien pro-longé en température.

Tous les paramètres ont fait l’objetde beaucoup d’études dans lesannées 1950 et après [7]. Il est pos-sible de retarder la sensibilisationpar des traitements thermiquesqui en provoquent une précipita-tion discontinue « en collier deperles » aux joints de grains de laphase β [8].

Depuis de nombreuses années,les gammes de transformation –dont celle de l’état H116 – desalliages 5083, 5086, Sealium® ontété adaptées, spécialement pour la

construction navale [9], pour éviterde livrer des demi-produits sensibi-lisés à la corrosion. Ils sont systé-matiquement contrôlés par lestests sélectifs indiqués ci-après.

Toutefois, il faut rappeler que l’étatH116 n’empêche pas une précipi-tation de la phase β aux joints degrains, si les conditions de servicepeuvent la provoquer. Cet état esttrès utilisé en construction navale.


SENSIBILISATION DES 5000 ET TENEUR EN MAGNÉSIUM [6]

0,5

075 100 125 150 175 200 225 250 (°C)

après attaque de 8 h dans le réactifNaCl 3 %, HCI 1 %

Pert

ede

mas

se g.dm-2

Mg-5,59 %Mg-5,15 %Mg-4,60 %

(25) Ce n’est pas parce qu’un métal estsensibilisé par précipitation aux joints degrains que la corrosion est inéluctable,cela dépend du milieu. L’expérience l’aconfirmé, y compris dans deséchangeurs de chaleur fonctionnant eneau de mer, à des températures biensupérieures à 65 °C. Il y a des citernesroutières de transport de fioul lourd,chargé à 65 °C, qui ont 20 ans et plus deservice, à raison de 8 à 10 heures derotation quotidienne, soit au moins50 000 heures de maintien cumulé à 65-70 °C. Mais, bien évidemment, il fautéviter la sensibilisation.

(26) Dans le document « AD-Merkblatt W 6/1 » de mai 1982, édité parVereinigung der technischenUberwaschungs, Vereine e V. D 4300Essen 1, intitulé « Aluminium andaluminium alloys malleable materials », la limite est fixée à 80 °C pour l’alliageAlMg4,5Mn, équivalent du 5083, avecdes tolérances de 150 °C pour despériodes n’excédant pas 8 heures, àcondition que la pression de service soitréduite de moitié, et 24 heures si la pression de service est ramenée àla pression atmosphérique.

Figure 135

PONTON D'UN PORT DE PLAISANCE ET SES FLOTTEURS EN 5754

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11.LES TESTS DE CORROSION

Conformément à la norme EN13195-1 (27), les alliages 5083,5383, 5086 livrés à l’état H116« sous forme de tôle, bande ettôle épaisse doivent être soumis àessai afin d’évaluer leur résistanceà la corrosion intergranulaire et à lacorrosion exfoliante ».

Ce contrôle est effectué suivant letest ASSET (ASTM G66-99) pourdéterminer la sensibilité à la corro-sion exfoliante, ou suivant touteautre méthode convenue entreproducteur et acheteur.

La norme ASTM B928-04, paragra-phe 9, concerne les alliages 5059,5083, 5086, 5383 et 5456 aux

états H116 et H321. La sensibilitéà la corrosion exfoliante est déter-minée par le test ASSET (ASTMG66-99) et la sensibilité à la corro-sion intercristalline suivant le testASTM G67 (NAMLT).

11.1Test relatif à lacorrosion exfoliante

Il s’agit du test ASSET (29) qui estpratiqué suivant la norme ISO11881 (30) et ASTM G66 (31) surdes échantillons dont les dimen-sions (longueur et largeur) sont auminimum de 40 x 100 mm.

Les conditions résumées de cetest sont les suivantes :

Après une préparation de surfacecomprenant dégraissage, déca-page alcalin et neutralisation

nitrique, les échantillons sontimmergés pendant 24 heures, à latempérature de 65 °C, dans leréactif spécifique des 5000 :NH4Cl - 1 M : 53 g.l-1

NH4NO3 - 0,25 M : 20 g.l-1

(NH4) 2C4H4O6 - 0,01 M : 1,84 g.l-1

H2O2 - à 30 % : 10 ml. l-1

La sensibilité à la corrosion exfo-liante est appréciée par rapport àdes images types (figure 136) etdonne lieu à une cotation indiquéedans le tableau 68.

CLASSEMENT DE LA CORROSION FEUILLETANTE AU TEST ASSET

Figure 6 de la norme NF ISO 11881, édition juin 2002 Figure 136

(27) Norme européenne EN 13195-1,décembre 2002, Aluminium et alliagesd’aluminium – Produits corroyés et pièces moulées pour applicationsmarines (construction navale, maritimeet offshore).

(28) ASSET = Ammonium Salt SolutionExfoliation Test.

(29) Norme ISO 11881, juin 2002,Corrosion des métaux et alliages – Essaide corrosion feuilletante des alliagesd’aluminium.

(30) Standard test method for visualassessment of exfoliation corrosionsusceptibility of 5XXX series aluminumalloys (ASSET test).

(31) avec :NH4Cl = chlorure d’ammonium,NH4NO3 = nitrate d’ammonium,(NH4) 2C4H4O6 = tartrate d’ammonium,H2O2 = eau oxygénée.

ÉVALUATION DES RÉSULTATS DU TEST ASSETÉvaluation Cotation

Pas d’attaque significative N

Piqûres de corrosion P

Corrosion généralisée G

Corrosion feuilletante EA, EB, EC, ED

Tableau 68

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11.2Test relatif à la corrosionintercristalline des 5000

Il y a deux tests possibles pourdéterminer la susceptibilité à lacorrosion intercristalline des allia-ges 5000 :

les test NAMLT (32) suivant lanorme ASTM G67 (33) :

Les échantillons sont immergéspendant 24 heures à 30 °C dansune solution d'acide nitrique HNO3

entre 70 et 72 %, pesés avant etaprès essai.

Conformément à la norme B928-04 (34) :– le lot est acceptable pour uneperte de masse < 15 mg.cm-2,– le lot est refusé si la perte demasse est > 25 mg.cm-2, – pour des pertes de massescomprises entre 15 et 25 mg.cm-2,la forme de la corrosion doit êtredéterminée par un examen micro-graphique après attaque phospho-rique. S'il s'avère que la corrosionest intercristalline, le lot estrefusé.

le test INTERACID suivant leprotocole publié au Journal desCommunautés Européennes du13/09/74, n° C104/84 à 89 :

Le réactif est constitué d'une solu-tion titrant 30 g.l-1 de NaCl et 5 g.l-1

de HCl à 37 % (d =1,19). Leséchantillons sont immergés pen-dant 24 heures dans ce réactif à23 °C. Après avoir déterminé laperte de masse (pesée avant etaprès essai), les échantillons sontexaminés en microscopie optiquesous GX200.

Ces tests peuvent être faits surdes échantillons qui ont été portésà 100 °C pendant 7 jours (35).

11.3Test relatif à la corrosionintercristalline des 6000

Ces alliages ne sont pas sensiblesà la corrosion feuilletante. La sen-sibilité éventuelle à la corrosionintercristalline peut être détermi-née par l’essai suivant la normeASTM G110 (36) dans le réactif à57 g. l-1 de NaCl et 0,3 % de H2O2.

Références bibliographiques[1] Corrosion de l’aluminium, C. VARGEL,528 pages, Dunod éditeur, 1999.

[2] « Chemicals aspects of physicaloceanography », J. LYMAN, R. B. ABEL,Journal Chemical Education, vol. 35,1958, pp. 113-115.

[3] « Effect of the temperature and saltcontent of sea water on the corrosionbehavior of aluminium », W. HUPPATZ,H. MEISSNER, Werkstoffe und Korrosion,vol. 38, 1987, pp. 709/710.

[4] « Corrosion de l’aluminium souscouche mince électrolytique, corrosion àla ligne d’eau et corrosion au stockage »,C. FIAUD, G. AZERAD, E. GROSGOGEAT,Journées « Durabilité de l’aluminium etde ses alliages dans les industriesélectriques », Cefracor Paris, déc 1986,pp. 33-37.

[5] « Experience from the constructionand operation of the Stena HSS »,H. NORDHAMMAR, Stena Rederi, The ThirdInternational Forum on Aluminium Ships,Haguesund, Norway, May 1998.

[6] « Influence de la teneur enmagnésium sur la résistance à lacorrosion sous tension des alliages Al-Mg », A. GUILHAUDIS, Rapport PechineySREPC, sept. 1959.

[7] « Development of wroughtAluminium-Magnesium alloy », E. H. DIX,W. A. ANDERSON, M. B. SHUMAKER,Technical Paper, n° 14 Alcoa, 1958.

[8] « Traitements thermiques destabilisation des alliages aluminium-magnésium à 5 % contre les effets dechauffage à basse température »,A. GUILHAUDIS, Revue de l’Aluminium,1955, n°s 223 et 224.

[9] « Aluminium-Magnesium alloys, 5086and 5456 H116 », C. L. BROOKS. NavalEngineers Journal, Aug. 1970, pp. 29-32.


(32) NAMLT = Nitric Acid Mass Loss Test.

(33) ASTM G67 : Standard test methodfor determining the susceptibility tointergranular corrosion of 5XXX seriesaluminum alloys by mass loss afterexposure to nitric acid.

(34) B 928 - 04 : Standard Specificationfor High Magnesium Aluminum AlloySheet and Plate for Marine Service,February 2004.

(35) Suivant la formule τ = t exp – (Q/RT),un maintien de 7 jours à 100 °Ccorrespond à un séjour de 6 mois à 60 °C.

(36) ASTM G110 : Standard practice forevaluating the intergranular corrosionresistance of heat treatable aluminumalloys by immersion in sodium chmloride+ hydrogene peroxyde solution.

ABSENCE DE CORROSION

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chapitre 10 la tenue À la corrosion de … · 149 alcan marine 5. les formes de corrosion de...

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