Influence des réactions enzymatiques sur le comportement électrochimique de l'acier inoxydable EN X2CrNiMo17-11-2 (AISI 316L) en biocorrosion : rôle des processus interfaciaux sur la modification du film passif

par Jessem Landoulsi

Thèse de doctorat en Mécanique avancée

Sous la direction de Caroline Richard et de Sylviane Pulvin.

Soutenue en 2008

à Compiègne .


  • Résumé

    La résistance remarquable à la corrosion des aciers inoxydables résulte de la formation d'une mince couche d'oxydes (quelques nanomètres). En milieux aqueux non stériles, les aciers inoxydables peuvent présenter un comportement instable résultant des interactions entre des "espèces biologiques" et le film passif. En effet, les microorganismes peuvent être fortement impliqués dans les processus de biodégradation, communément appelés biocorrosion. Ils s'organisent en biofilm et, de par leurs activités métaboliques, peuvent initier ou accélérer la corrosion. D'un point de vue électrochimique, le comportement des aciers inoxydables dans les eaux naturelles se traduit par une augmentation du potentiel de corrosion libre (Ecorr) lié à la formation d'un biofilm. L'aspect systématique de cette augmentation a été largement abordé pour les milieux marins et a été confirmé récemment pour les eaux fluviales. Une avancée considérable dans la compréhension des phénomènes de biocorrosion a été réalisée grâce à la mise en évidence du rôle des espèces extracellulaires excrétées dans le biofilm et notamment les enzymes. Plusieurs réactions enzymatiques dans les biofilms consistent à utiliser l'oxygène comme accepteur d'électrons tout en générant des espèces réactives telles que le peroxyde d'hydrogène (H2O2). L'objectif de ce travail est de comprendre les mécanismes impliqués dans le comportement électrochimique d'un acier inoxydable selon une approche enzymatique en milieu simulant les eaux douces. Pour ce faire, la glucose oxydase est choisie comme une enzyme modèle permettant de mimer l'activité aérobie d'un biofilm. Des mesures électrochimiques in situ ainsi que des analyses de la surface ont permis de comprendre le rôle et la nature des processus interfaciaux. La caractérisation de la surface a été réalisée grâce à une nouvelle exploitation quantitative des analyses XPS et de l'AFM. Les résultats montrent une évolution marquée de la surface de l'acier en terme de (I) morphologie (organisation de la surface), (II) de composition chimique (film passif, phase organique adsorbée) et (III) de réactions chimiques (oxydation, dissolution, effet de l'enzyme). Enfin, un modèle enzymatique plus élaboré est proposé: il prend en considération les conditions physicochimiques spécifiques à l'interface acier inoxydable / biofilm, en particulier la génération enzymatique d'espèces oxydantes en conditions de diffusion limitées.

  • Titre traduit

    Influence of enzymatic reactions on the electrochemical behavior of EN X2CrNiMo17-11-2 (AISI 316L) stainless steel in biocorrosion : role of interfacial processes on the modification of the passive layer


  • Résumé

    The outstanding corrosion behavior of stainless steels (SS) results from the presence of thin oxide layer (some nanometers). Ln non sterile aqueous media, stainless steels may exhibit a non stable behavior resulting from interactions between microbial species and passive film. Ln fact, microorganisms can be deeply involved in the corrosion processes usually reported as Microbial Influenced Corrosion (MIC). They can induce the initiation or the acceleration of this phenomenon and they do so when organized in biofilms. From the electrochemical point of view, stainless steels showed an increase of the free corrosion potential (Ecorr) attributed to the biofilm settlement. The Eco" ennoblement was broadly reported in seawaters and seems to be confirmed in fresh water according to recent findings. A considerable progress in the comprehension of MIC processes was related to the role of extracellular species, essentially enzymes. Many enzymatic reactions occurring in biofilms consist on using oxygen as electron acceptor to generate hydrogen peroxide and related species. The aim of this work is to understand the mechanisms involved in the electrochemical behavior of stainless steel according to an enzymatic approach in medium simulating fresh water. To this end, glucose oxidase was chosen to globalize aerobic activities of biofilms. Electrochemical measurements in situ and surface analysis allow the comprehension of the role and the nature of interfacial processes. Surface characterization was performed with the help of a new quantitative utilization of XPS analysis and AFM. Results show a significant evolution in term of (I) morphology (surface organization), (II) chemical composition (passive layer, adsorbed organic species) and (III) chemical reaction (oxidation, dissolution, effect of enzyme). Finally, a new enzymatic system is proposed to mimic specific physicochemical conditions at the SS / biofilm interface, in particular enzymatic generation of oxidant species in diffusion limiting conditions.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (215 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 140 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Technologie de Compiègne. Service Commun de la Documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2008 LAN 1729
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