Corrosion des aciers dans les sols : mécanismes et cinétiques associés aux périodes transitoires d'humidification-séchage

par Rym Akkouche

Thèse de doctorat en Chimie des matériaux

Sous la direction de Philippe Refait et de Céline Remazeilles.


  • Résumé

    En 2014, le réseau de pipelines à travers le monde est estimé à près de 3 500 000 km. Ces conduites en acier traversent plusieurs continents, régions, climats et donc différents types de sols. Elles sont protégées contre la corrosion externe par des revêtements et une protection cathodique. Néanmoins, il subsiste toujours un risque infime de dégradation de l’acier. Afin d’évaluer le risque de rupture d’une conduite, il est nécessaire d’étudier l’influence du sol sur la corrosion de l’acier nu non protégé composant cette conduite. Les paramètres régissant la corrosion des aciers dans les sols étant nombreux, nous nous sommes focalisés sur l’un des paramètres clés, à savoir « la teneur en eau » qui est directement reliée à d’autres paramètres très influents comme : l’aération ou taux d’oxygène, la résistivité du sol et la surface active. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux phénomènes se produisant lors de périodes transitoires de séchage/humidification de plusieurs types de sols : argileux, limoneux argileux et sableux. Une électrode multi-coupons a aussi été utilisée afin d’étudier les phénomènes liés à l’hétérogénéité de surface (formation de piles d’aération différentielle). Pour cela, différents coupons en acier provenant d’une conduite d’Air Liquide ont été enfouis pendant de longues périodes (4, 6 et 12 mois) dans différents types de sols. Les vitesses de corrosion sont estimées par électrochimie via la modélisation des courbes de voltammétrie autour du potentiel d’abandon. La surface active de l’électrode est estimée via la mesure de la résistance d’électrolyte par spectroscopie d’impédance électrochimique. Les échantillons sont ensuite analysés par micro-spectroscopie Raman, diffraction des rayons X et microscopie (optique, confocale et électronique à balayage) afin de déduire les mécanismes de corrosion de l’acier. Les résultats montrent, notamment, qu’en cas d’un fort taux d’humidité et d’une faible aération, les vitesses de corrosion sont très faibles (de l’ordre de 20 à 30 µm.an-1) mais atteignent 200 à 400 µm.an-1 lors des phases de séchage. La mesure de courants de couplage effectuée avec l’électrode multi-coupons ainsi que l’analyse de surface des coupons conventionnels ont confirmé la présence de piles d’aération différentielle et le caractère localisé de la corrosion.

  • Titre traduit

    Corrosion of steel in soil : mechanisms and kinetics associated with transient periods (drying-wetting)


  • Résumé

    In 2014, the pipelines network extended over 3500000 km worldwide. These pipes are passing through various continents, regions, areas and thus different types of soils. They are protected against external corrosion by coatings and cathodic protection. However, there is always a slight risk of carbon steel degradation. In order to evaluate the pipeline failure threat, it is necessary to study the influence of soil corrosion on the uncoated steel which composes this pipe. There are many parameters governing the steel corrosion in soils. We focused on one of the most important parameter “water content”. It is directly linked to other prominent parameters such as oxygen concentration, soil resistance and active area. In this thesis, we addressed the phenomena occurring at transitory periods of drying and remoistening in different types of soils : clayey, silt-loamy and sandy. A multi-coupon electrode was used as well in order to study the phenomena linked to surface heterogeneity (formation of differential aeration cells). For this aim, several steel coupons were buried in different types of soil for long periods (4, 6 and 12 months). The corrosion rates are estimated via electrochemical methods by fitting with a theoretical law the voltammetric curves acquired around the open circuit potential. The active area of the electrode was estimated via the determination of the soil electrolyte resistance by electrochemical impedance spectroscopy. Afterwards, the coupons were analyzed by micro-spectroscopy Raman, X-rays diffraction and microscopy in order to understand the corrosion mechanisms. Results showed that in case of very high moisture content and deaerated conditions, the corrosion rates were very weak (about 20 to 30 µm.yr-1) but reached 200 to 400 µm.yr-1 in the drying periods. The galvanic current measurements performed with the multi-coupon electrode and the surface analysis of the conventional electrodes both confirmed the presence of differential aeration cells and the localized nature of the corrosion.


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