Apport des techniques électrochimiques pour l'amélioration de l'estimation de l'efficacité de la protection cathodique des canalisations enterrées

par Maud Barbalat

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Philippe Refait.

Soutenue le 14-02-2012

à La Rochelle , dans le cadre de Sciences pour l'environnement Gay Lussac .

Le président du jury était Bernard Tribollet.

Le jury était composé de Didier Caron.

Les rapporteurs étaient Christine Baret-Blanc, Otávio Gil.


  • Résumé

    En France, l‟ensemble des canalisations exploitées pour GDF Suez et Total représente un linéaire de 37 000 km de conduites enterrées en acier. Ces canalisations sont protégées de la corrosion externe par un double système de protection : un revêtement de type hydrocarboné ou polyéthylène et une protection cathodique (PC) par courant imposé. Les normes EN 12954 : 2001 et ISO 15589-1 : 2003 préconisent des valeurs seuils de potentiels de protection, dépendant de critères caractérisant le sol. Cependant, selon les spécificités locales du sol et de l‟environnement, ces valeurs indicatives peuvent s‟avérer insuffisantes ou excessives, voire non applicables. De plus, il est nécessaire de connaître la cinétique de corrosion résiduelle pour évaluer l‟efficacité du système de protection cathodique.Un travail de laboratoire a donc été initié par GDF SUEZ et TOTAL dans le but d‟améliorer le suivi de l‟application des critères de protection cathodique en (i) développant des outils et des méthodes pour estimer la corrosivité du sol par la mesure de paramètres physico-chimiques et électrochimiques et (ii) en identifiant les conditions « justes et nécessaires » pour garantir une vitesse de corrosion négligeable au cas par cas.Des coupons d‟acier ont été enfouis dans des « soil boxes » pendant 2,5 mois, avec ou sans PC. Les « soil boxes » étaient remplies avec différents sols prélevés lors de fouilles. L‟évolution en fonction du temps du système était suivi de façon hebdomadaire par la mesure du pH, de la conductivité du sol, du taux d‟humidité, du potentiel redox et du potentiel d‟abandon. Les vitesses de corrosion déduites des méthodes électrochimiques, i.e. la voltamétrie et la spectroscopie d‟impédance, ont été comparées avec les mesures de perte de masse.Les résultats montrent, d‟une part, que l‟analyse de la corrosivité du sol peut être réalisée avec la mesure de 3 paramètres prépondérants : résistivité, potentiel redox du sol et potentiel d‟abandon de l‟acier. Ces paramètres sont mesurables sur le terrain et permettent une bonne première estimation immédiate de la corrosivité du sol. D‟autre part l‟enregistrement de courbes de polarisation sur des coupons reliés à la canalisation, c‟est-à-dire sous PC, peut permettre de suivre l‟évolution des vitesses de corrosion résiduelle sous PC.

  • Titre traduit

    Contribution of electrochemical methods to improve the efficiency estimate of cathodic protector of buried gas transmission lines


  • Résumé

    Buried gas transmission lines are protected against external corrosion by organic coatings. Cathodic protection (CP) is designed and operated with the aim to mitigate corrosion where coating is faulty. The EN 12954: 2001 standard specifies reference values of the protection potentials according to soil conditions. However some kind of soils, like silt and clay with high resistivity, are not considered by this standard. Moreover, it is necessary to estimate the residual dissolution rate of the structure under CP so as to quantify and optimize the efficiency of the CP system setup.A laboratory study has been initiated by GDF SUEZ and TOTAL with the general aim to improve guidance on cathodic protection criteria by (i) developing tools and methods to estimate soil corrosivity from electrochemical and physico-chemical parameters and (ii) identifying the “necessary and sufficient” conditions to guaranty a negligible corrosion rate on a case by case.Steel coupons were buried in soil boxes for 2.5 months, with or without CP. The soil boxes were filled with various soil media from the field. The evolution with time of the corrosion systems was followed by weekly measurements of physico-chemical and electrochemical parameters: pH, soil conductivity, humidity level, redox potential of soils and open circuit potential of steel coupons. The corrosion rates deduced from electrochemical methods, i.e. voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy, were compared to weight loss measurements.Results show, on one hand, that soil corrosivity could be estimated by the measurements of 3 main parameters: soil resistivity, redox potential of soil and open circuit potential of steel. These parameters could be measured on the field and could immediately give a first good estimation of the soil corrosivity. On the second hand, a detailed analysis of the polarization curves led to an estimation of residual corrosion rates of coupons under CP. The decrease with time of this residual corrosion phenomenon could be followed and quantified. In the experimental conditions considered here, the efficiency of the CP could be demonstrated. Moreover, the methodology could allow adjusting the protection potential, if necessary.


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