Corrosion galvanique – causes, mécanisme et prévention

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La corrosion galvanique, également connue sous le nom de corrosion de contact, corrosion bimétallique ou corrosion bimétallique , est une forme de corrosion électrochimique qui se produit lorsque deux métaux ou alliages différents sont en contact électrique l'un avec l'autre et sont simultanément immergés dans un environnement conducteur, c'est-à-dire un électrolyte.

Dans de telles conditions, il est créé pile galvaniqueUn matériau devient l'anode et subit une corrosion accélérée, tandis que l'autre, faisant office de cathode, est protégé. La corrosion galvanique est un phénomène important dans les structures composées de matériaux divers, notamment dans les installations hydrauliques, chimiques, marines, énergétiques et de construction, ainsi que dans les liaisons entre l'acier inoxydable et l'acier au carbone, l'aluminium, le cuivre ou d'autres métaux.

Qu'est-ce que la corrosion galvanique ?

La corrosion galvanique se produit suite à une différence de potentiel électrochimique entre deux matériaux métalliques différents.
Si les matériaux sont :

• connecté électriquement,
• et en même temps ils seront en contact avec l'électrolyte,

Un courant peut alors circuler entre eux.
Le métal ayant le potentiel le plus actif devient anode et subit une dissolution accélérée.
Le métal devient plus noble. cathode et sa corrosion est limitée.

Conditions d'apparition de la corrosion galvanique

Pour qu'une corrosion galvanique typique se produise, trois conditions de base doivent être réunies :

Si l'une de ces conditions n'est plus remplie, le fonctionnement de la pile galvanique est interrompu.

Comment fonctionne une pile galvanique ?

Dans un système composé de deux métaux différents, l'un devient l'anode et l'autre la cathode.
Le processus d'oxydation du métal se déroule à l'anode :
M → Mⁿ⁺ + ne^-
Les atomes métalliques passent dans l'électrolyte sous forme d'ions. Cela représente une véritable perte de matière.
Les électrons circulent à travers la jonction métallique jusqu'à la cathode, où se produisent les réactions de réduction.

En effet:

• l'anode se corrode plus rapidement,
• La cathode est protégée.

Qu'est-ce qu'un électrolyte ?

L'électrolyte ne doit pas nécessairement être un acide agressif ou une solution chimique forte.

En pratique, ce qui suit peut suffire :

• eau de mer,
• eau du robinet,
• eau technologique,
• eaux de pluie,
• humidité atmosphérique,
• condensat,
• solutions salines,
• sol humide,
• environnements chimiques.

L'eau contenant des sels dissous est un électrolyte particulièrement efficace.
Par conséquent, le problème de la corrosion galvanique est particulièrement important en milieu marin et en présence de chlorures.

Série galvanique des métaux

La sensibilité à la corrosion galvanique peut être évaluée approximativement sur la base de série galvanique spécifique à un environnement spécifique.
Les métaux situés du côté le plus actif de la série ont une plus grande tendance à se comporter comme des anodes.
Les matériaux plus nobles ont une plus grande tendance à se comporter comme une cathode.
On peut présenter comme exemple, de manière simplifiée, la disposition des matériaux dans le milieu marin :

Voici une liste indicative. La position d'un matériau dans la série galvanique dépend de son environnement et de l'état de sa surface.
Par conséquent, la série galvanique ne doit pas être considérée comme un tableau universel valable dans toutes les conditions.

acier inoxydable et acier au carbone

Une association très courante est celle entre l'acier inoxydable et l'acier au carbone ordinaire.
Dans de nombreux environnements, l'acier inoxydable passif est plus noble que l'acier au carbone.
Après avoir combiné les deux matériaux en présence d'un électrolyte :

• L'acier inoxydable peut servir de cathode.
• L'acier au carbone peut devenir une anode et se corroder plus rapidement.

Cela ne signifie pas que toute combinaison d'acier inoxydable et d'acier au carbone entraînera automatiquement une corrosion sévère.
Il est également important de noter :

• type d'environnement,
• conductivité de l'électrolyte,
• le rapport de surface des deux matériaux,
• temps d'humidification,
• la température,
• géométrie de la structure.

Acier inoxydable et aluminium

L'association de l'aluminium et de l'acier inoxydable requiert une attention particulière.
Dans de nombreux environnements, l'acier inoxydable à l'état passif est bien plus noble que l'aluminium.
Si l'aluminium est connecté électriquement à l'acier inoxydable et qu'un électrolyte se forme, l'aluminium peut devenir l'anode.
Le risque est particulièrement élevé dans :

• milieu marin,
• présence de sel de déneigement,
• conditions d'humidité constante,
• structures comportant une grande surface en acier inoxydable et une petite surface en aluminium.

Des matériaux isolants électriques sont souvent utilisés dans ce type de connexions.

Acier inoxydable et cuivre

L’acier inoxydable et le cuivre peuvent être utilisés dans la même installation, mais la possibilité d’interactions galvaniques doit être évaluée en fonction de l’environnement spécifique.
Dans l'eau conductrice d'électricité, la différence de potentiel entre les matériaux peut conduire à la formation d'une pile galvanique.
Ce qui importe avant tout, c'est :

• composition de l'eau,
• la température,
• conductivité électrique,
• rapport de surface des matériaux,
• conditions d'écoulement.

rapport de surface anode/cathode

L'un des facteurs les plus importants déterminant le taux de corrosion galvanique est rapport surface de la cathode/surface de l'anode.
La situation est particulièrement dangereuse :
petite anode + grande cathode
La grande surface cathodique permet une réaction cathodique importante, tandis que le processus de dissolution anodique est concentré sur une petite surface.
Cela provoque une densité de courant anodique très élevée et peut conduire à une destruction locale et rapide du métal le moins noble.

petite anode et grande cathode – exemple

Imaginez un petit morceau d'acier au carbone relié à une grande surface d'acier inoxydable.
Si la structure est mouillée par un électrolyte :

• L'acier au carbone peut devenir une anode,
• L'acier inoxydable peut servir de grande cathode.

L'ensemble du processus anodique est alors concentré sur une petite surface d'acier au carbone.
La corrosion peut être beaucoup plus rapide qu'avec un composant entièrement en acier au carbone.

grande anode et petite cathode

La disposition suivante est beaucoup plus avantageuse :
grande anode + petite cathode
Le courant anodique est alors réparti sur une grande surface.
La densité de courant de corrosion par unité de surface de l'anode étant plus faible, le taux de corrosion local peut être beaucoup plus faible.

Exemple : vis en acier inoxydable dans une structure en acier

Une petite vis en acier inoxydable montée dans un grand composant en acier au carbone crée généralement un rapport de surface plus favorable :

• petite cathode – vis en acier inoxydable,
• grande anode – construction en acier au carbone.

La situation inverse peut être beaucoup plus dangereuse.
Un petit élément en acier au carbone relié à une grande surface en acier inoxydable peut être soumis à une corrosion galvanique très intense.

Dommages au revêtement protecteur et corrosion galvanique

Une situation particulièrement dangereuse peut survenir lorsqu'un matériau moins noble est recouvert d'un revêtement protecteur, mais que ce revêtement est endommagé localement.
Si une petite partie du matériau exposée devient une anode par rapport à une grande surface cathodique, la corrosion peut se concentrer au point de dommage.
Par conséquent, la méthode d'application des revêtements protecteurs dans les systèmes composés de différents métaux doit être soigneusement étudiée.

Galvanisation de l'acier – utilisation du phénomène galvanique

Le phénomène galvanique n'est pas toujours défavorable.
Il peut être utilisé pour protéger le métal.
Un exemple classique est acier galvanisé.
Le zinc est plus actif électrochimiquement que l'acier.
Si le revêtement de zinc est endommagé localement, le zinc peut se comporter comme une anode et se corroder à la place de l'acier exposé.
C'est ce qu'on appelle protection sacrificielle.

anodes sacrificielles

Le phénomène galvanique est également utilisé dans la protection cathodique.
Un métal plus électrochimiquement actif est fixé à la structure protégée et est intentionnellement soumis à la corrosion.
On utilise notamment les anodes suivantes :

• zinc,
• magnésium,
• aluminium.

Ces anodes sont appelées anodes sacrificielles ou des anodes galvaniques.
Ils servent notamment à protéger :

• coques de navires,
• pipelines,
• réservoirs,
• structures marines,
• Installations métalliques souterraines.

Deux qualités différentes d'acier inoxydable peuvent-elles provoquer une corrosion galvanique ?

L'association de deux nuances différentes d'acier inoxydable n'entraîne pas nécessairement une corrosion galvanique importante.
Si les deux matériaux sont à l'état passif et présentent des potentiels similaires dans un environnement donné, la différence de potentiel peut être faible.
Par conséquent, des connexions telles que :

• 304L avec 316L,
• 316L avec 904L,
• 316L avec duplex 2205

peut fonctionner sans problèmes galvaniques graves dans de nombreux environnements.
Toutefois, la situation doit toujours être évaluée à la lumière des conditions opérationnelles réelles.

États actifs et passifs de l'acier inoxydable

Dans le cas des aciers inoxydables, l'état de surface revêt une importance particulière.
L'acier inoxydable à l'état passif est recouvert d'une couche passive et présente un potentiel électrochimique relativement noble.
Si la couche passive est détruite et que le matériau devient localement actif, son comportement électrochimique peut changer considérablement.
Par conséquent, pour évaluer le risque de corrosion galvanique, il ne suffit pas de connaître uniquement le nom ou le numéro de la nuance d'acier.

La différence de potentiel est-elle suffisante pour prédire le taux de corrosion ?

Nié.
Une différence de potentiel importante entre les matériaux indique la possibilité d'une corrosion galvanique, mais ne détermine pas à elle seule son taux réel.
Il est également important de noter :

• cinétique de réaction cathodique,
• polarisation des matériaux,
• conductivité de l'électrolyte,
• la température,
• accès à l'oxygène,
• rapport des surfaces de la cathode et de l'anode,
• distance entre les éléments,
• géométrie de la structure.

Par conséquent, un simple tableau des potentiels ne doit pas constituer le seul critère de sélection des matériaux.

Influence de la conductivité de l'électrolyte

Plus la conductivité électrique du milieu est élevée, plus il est facile pour le courant de circuler dans une pile galvanique.
Par conséquent, c'est particulièrement dangereux eau de mer, qui, grâce à sa forte teneur en sels dissous, est un bon électrolyte.
Dans l'eau à très faible conductivité, l'interaction galvanique peut être beaucoup plus faible et plus limitée spatialement.

Corrosion galvanique en eau de mer

Le milieu marin crée des conditions très favorables à la formation de piles galvaniques.
Les événements suivants se produisent simultanément :

• conductivité électrolytique élevée,
• chlorures,
• contact constant ou périodique avec l'eau,
• un grand nombre de matériaux de construction différents.

Par conséquent, dans les structures marines, la possibilité de contact est analysée avec une attention particulière :

• acier inoxydable avec acier au carbone,
• acier inoxydable avec aluminium,
• acier avec du cuivre et ses alliages,
• divers alliages d'aluminium,
• différentes qualités d'acier inoxydable.

Comment prévenir la corrosion galvanique ?

Les méthodes les plus importantes pour réduire la corrosion galvanique sont :

• éviter les combinaisons défavorables de différents métaux,
• sélectionner les matériaux ayant les potentiels galvaniques les plus similaires dans un environnement donné,
• isolation électrique de divers métaux,
• utilisation de rondelles, de bagues et d'entretoises isolantes,
• limiter le contact de la structure avec l'électrolyte,
• utilisation de revêtements protecteurs appropriés,
• éviter la configuration petite anode – grande cathode,
• conception appropriée des connexions,
• utilisation de la protection cathodique,
• utilisation d'anodes sacrificielles.

Isolation électrique de divers métaux

L'une des méthodes les plus efficaces pour prévenir la corrosion galvanique consiste à interrompre le contact électrique entre des matériaux dissemblables.
On peut notamment utiliser les éléments suivants :

• coussins isolants,
• bagues en plastique,
• joints isolants,
• revêtements non conducteurs,
• entretoises en matériaux isolants.

Si les électrons ne peuvent pas circuler entre les métaux, une pile galvanique classique ne peut pas fonctionner correctement.

Corrosion galvanique et corrosion par piqûres

La corrosion galvanique et la corrosion par piqûres sont des mécanismes différents, mais ils peuvent se produire simultanément dans une même combinaison.

Corrosion galvanique et corrosion par piqûres

La corrosion galvanique n'est pas non plus le même phénomène que la corrosion par piqûres.
La corrosion par piqûres peut se produire sur un matériau en raison de dommages localisés à la couche passive, notamment en présence de chlorures.
La corrosion galvanique résulte de l'interaction électrochimique de divers matériaux connectés électriquement en présence d'un électrolyte.
Cependant, dans les conceptions pratiques, les deux mécanismes peuvent se produire simultanément.

Les erreurs de conception les plus courantes

Des erreurs de conception apparemment mineures entraînent souvent des problèmes de corrosion galvanique.
Ceux-ci incluent:

• Assemblage direct de l'aluminium à l'acier inoxydable en milieu marin,
• l'utilisation de petits éléments en acier au carbone avec une grande surface en acier inoxydable,
• absence d'isolation électrique entre les différents métaux,
• conception de zones de rétention d'eau,
• dommages aux revêtements protecteurs,
• utilisation de fixations inappropriées,
• défaut de prise en compte des conditions de fonctionnement réelles.

Corrosion galvanique – Principales conclusions

La corrosion galvanique se produit lorsque Deux matériaux métalliques différents sont en contact électrique et se trouvent simultanément en présence d'un électrolyte..
Le matériau le plus actif devient l'anode et subit une corrosion accélérée, tandis que le matériau le plus noble agit comme cathode.
Le système est particulièrement dangereux petite anode – grande cathode, car le processus de corrosion se concentre sur une petite zone du matériau de l'anode.
Lors de la conception de raccords en acier inoxydable, une attention particulière doit être portée au contact avec l'aluminium, l'acier au carbone, le cuivre et autres métaux.
Le risque dépend non seulement du type de matériaux raccordés, mais aussi de leur rapport de surface, le type d'électrolyte, la température, la conductivité environnementale et la géométrie de construction.
Les moyens les plus efficaces de limiter la corrosion galvanique sont le choix approprié des matériaux, l'interruption du contact électrique, la limitation de l'accès à l'électrolyte et une conception appropriée du rapport des surfaces de l'anode et de la cathode.

La corrosion peut se produire selon différents mécanismes, en fonction du matériau, de l'environnement et des conditions d'utilisation. Découvrez d'autres types de corrosion :

Types de corrosion de l'acier et des métaux

Corrosion uniforme de l'acier et des métaux
Corrosion par piqûres des aciers inoxydables
corrosion par piqûres des aciers inoxydables
Corrosion intergranulaire de l'acier inoxydable
Fissuration par corrosion sous contrainte (SCC)
Corrosion galvanique
corrosion érosive
corrosion par cavitation
fatigue par corrosion
corrosion de contact
corrosion microbiologique MIC
Corrosion à haute température

Division de la corrosion selon l'environnement

Corrosion marine – corrosion de l'acier et des métaux dans l'eau de mer
Korozja atmosferyczna
corrosion au sol
Corrosion dans l'eau douce et industrielle
Corrosion en milieu chloré
Corrosion en milieu acide
Corrosion en milieu alcalin
Corrosion dans les gaz et les gaz d'échappement
Corrosion dans les réseaux d'égouts
Corrosion en milieu chimique et pétrochimique

Sujets connexes

CPT – température critique de corrosion par piqûres des aciers inoxydables et des alliages de nickel
PREN – indice de résistance à la corrosion par piqûres pour l'acier inoxydable
CCT – Température critique de corrosion par piqûres des aciers inoxydables et des alliages de nickel