Synthèse et études physico-chimiques d’un agglomérat calcomagnésien formé sur acier en milieu marin : un éco-matériau pour la protection du littoral

par Alaric Zanibellato

Thèse de doctorat en Chimie des matériaux

Sous la direction de Marc Jeannin et de René Sabot.

Le président du jury était Daniel Chateigner.

Le jury était composé de Marc Jeannin, René Sabot, Daniel Chateigner, Anne Neville, Xosé Ramón Nóvoa, Brahim Benaissa, Otávio Gil.

Les rapporteurs étaient Anne Neville, Xosé Ramón Nóvoa.


  • Résumé

    Un nouveau procédé, basé sur une adaptation innovante du principe de protection cathodique des ouvrages métalliques en milieu marin, consiste à favoriser la précipitation d’un agglomérat calcomagnésien sur plusieurs centimètres d’épaisseur. En présence de sable et de coquillages, cet agglomérat pourrait permettre de stabiliser des zones littorales en cours d’érosion ou d’améliorer l’ancrage d’enrochements brise-lames. L’objectif de ce travail est d’étudier et de comprendre les mécanismes réactionnels de formation de cet agglomérat permettant une précipitation en volume loin de la cathode afin d’en optimiser la vitesse de formation ainsi que ses propriétés mécaniques. Premièrement, il a été montré dans ces travaux que le milieu électrolytique pouvait influer sur la croissance du dépôt, avec une possible inhibition de formation de carbonate de calcium pour les faibles potentiels. L’influence des produits de corrosion dans le mécanisme de protection cathodique a également été mise en évidence grâce à des polarisations effectuées dans NaCl, eau de mer artificielle et naturelle. Deuxièmement, des essais d’un mois en courant imposé ont été menés du laboratoire jusqu’au site naturel, afin de se rapprocher des conditions réelles. La densité de courant appliquée ainsi que les conditions hydrodynamiques sont des facteurs clefs étroitement liés l’un à l’autre, influant sur la masse et le rapport Ca/Mg. Ces travaux ont aussi permis de mettre en avant l’influence du temps de polarisation sur la composition du dépôt calcomagnésien, présentant une cinétique de croissance stable mais une fluctuation de composition après 15, 30 et 60 jours. Cette variation interne du rapport Ca/Mg, attribuée à un processus de « dissolution/précipitation » dépendant du gradient de pH, ainsi que la répartition de ces éléments au sein du dépôt pourraient jouer un rôle majeur dans l’évolution de la tenue mécanique du dépôt au cours du temps.

  • Titre traduit

    Synthesis and physico-chemical studies of a calcareous agglomerate formed on steel in marine environment : an eco-material for coastal protection


  • Résumé

    A new method, based on an innovative adaptation of cathodic protection principle of metal structures in marine environment, is to promote the precipitation of a calcareous agglomerate several centimeters thick. In the presence of sand and shells, this cluster could stabilize coastal areas being eroded or improve anchorage of breakwater riprap. The objective of this work is to study and understand the reaction mechanisms allowing to create a voluminous calcareous deposit away from the cathode and to optimize deposition time as well as its mechanical properties. First, it was shown in this work that the electrolytic medium could affect the growth of the deposit, with a possible inhibition of formation of calcium carbonate fot the low potential. The influence of corrosion products in the cathodic protection mechanism was also highlighted through polarizations performed in NaCl, artificial and natural sea water. Second, one month test with impressed current were conducted from laboratory to natural site, in order to get closer of real conditions. Current density and hydrodynamic conditions are key factors closely bonded to each other, affecting the mass and composition of the Ca/Mg ratio. This work has also helped to highlight the influence of the polarization time on the composition, with stable growth kinetics but a composition’s evolution after 15, 30 and 60 days. This internal variation of the Ca/Mg ratio attributed to a process of « dissolution/precipitation » is pH dependent and the distribution of these elements within the deposit could play a major role in the evolution of the mechanical strength of deposit over time.


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