Études de cas pratique

EGC

Évaluation et Protection contre la Corrosion

Évaluation et Protection contre la Corrosion en Structure Métallique

Évaluation et Protection contre la Corrosion en Structure Métallique

Comprendre l'Évaluation et la Protection contre la Corrosion

La corrosion des structures métalliques est une dégradation progressive du matériau due à des réactions chimiques ou électrochimiques avec son environnement. Son évaluation précise et la mise en œuvre de systèmes de protection adéquats sont essentielles pour garantir la sécurité, la durabilité et la fonctionnalité des ouvrages. La norme ISO 12944 fournit un cadre pour la classification des environnements et la sélection des systèmes de peinture. Cet exercice se concentre sur l'estimation de la perte de matière et la planification de la maintenance d'un système de protection.

Données de l'étude

On considère une tôle d'acier S235 utilisée dans une structure industrielle. L'environnement est classé comme ayant une catégorie de corrosivité C4 (Industriel élevé) selon la norme ISO 12944-2.

Caractéristiques et environnement :

  • Matériau : Acier au carbone S235
  • Épaisseur initiale de la tôle (\(t_0\)) : \(10 \, \text{mm}\)
  • Catégorie de corrosivité de l'atmosphère : C4 (Industriel élevé)
  • Perte d'épaisseur moyenne pour l'acier nu en C4 (1ère année) : \(v_{corr,1} = 70 \, \mu\text{m/an}\)
  • Perte d'épaisseur moyenne pour l'acier nu en C4 (années suivantes) : \(v_{corr,suiv} = 50 \, \mu\text{m/an}\)
  • Durée de vie de service attendue de la structure : \(T_{service} = 30 \, \text{ans}\)
  • Épaisseur minimale admissible pour la tôle (\(t_{min}\)) : \(6 \, \text{mm}\)
  • Un système de peinture est envisagé avec une durabilité attendue (\(T_{protection}\)) de \(12 \, \text{ans}\) en environnement C4. On suppose que la corrosion est négligeable tant que le revêtement est intact.
Schéma : Tôle d'Acier avec Corrosion et Protection
Tôle Acier \(t_0\) Corrosion (si non protégée) Revêtement Protecteur Environnement Corrosif (C4)

Illustration d'une tôle d'acier, de la corrosion et d'un revêtement protecteur.

Extrait simplifié de la norme ISO 12944-2 (pertes d'épaisseur typiques pour acier au carbone) :

Catégorie de Corrosivité Perte d'épaisseur 1ère année (\(\mu\text{m}\)) Perte d'épaisseur années suivantes (\(\mu\text{m/an}\))
C2 (Faible)\( \leq 10 \)\( \leq 2 \)
C3 (Moyenne)\( >10 \) à \( \leq 25 \)\( >2 \) à \( \leq 15 \)
C4 (Élevée)\( >25 \) à \( \leq 50 \) (exercice utilise 70 pour 1ère, 50 ensuite)\( >15 \) à \( \leq 30 \)
C5 (Très élevée)\( >50 \) à \( \leq 100 \)\( >30 \) à \( \leq 60 \)

Note : Les valeurs de l'exercice pour C4 sont spécifiques à ce problème et peuvent différer légèrement des plages exactes de la norme pour illustrer le calcul.

Questions à traiter

  1. Si la tôle n'est pas protégée, calculer la perte d'épaisseur totale après \(10 \, \text{ans}\).
  2. Quelle serait l'épaisseur restante de la tôle non protégée après \(10 \, \text{ans}\) ?
  3. La tôle non protégée respecterait-elle l'épaisseur minimale admissible après \(10 \, \text{ans}\) ?
  4. Combien de fois le système de peinture (durabilité \(12 \, \text{ans}\)) devra-t-il être refait au minimum pendant la durée de vie de service de la structure (\(30 \, \text{ans}\)) ?
  5. En supposant que la peinture est refaite juste avant la fin de sa durabilité et que la corrosion est négligeable sous une peinture intacte, quelle serait l'épaisseur restante de la tôle à la fin des \(30 \, \text{ans}\) de service ? (Considérez la corrosion uniquement pendant les périodes où la tôle pourrait être exposée si la maintenance n'est pas parfaite, ou simplifiez en considérant la perte uniquement si la dernière application de peinture dépasse la durée de vie de la structure). Pour simplifier, on supposera qu'aucune corrosion significative ne se produit tant que le revêtement est considéré comme efficace.
  6. Si, au lieu d'une peinture, on opte pour une galvanisation à chaud offrant une perte de zinc de \(2 \, \mu\text{m/an}\) en C4, et qu'une épaisseur de zinc de \(85 \, \mu\text{m}\) est appliquée, quelle serait la durée de vie de cette protection par galvanisation ?

Correction : Évaluation et Protection contre la Corrosion

Question 1 : Perte d'Épaisseur Totale (non protégée, 10 ans)

Principe :

La perte d'épaisseur se calcule en additionnant la perte de la première année et les pertes des années suivantes.

Formule(s) utilisée(s) :
\[\Delta t_{total} = v_{corr,1} \cdot 1 \, \text{an} + v_{corr,suiv} \cdot (T_{exposition} - 1 \, \text{an}) \quad \text{pour } T_{exposition} \geq 1\]
Données spécifiques :
  • \(v_{corr,1} = 70 \, \mu\text{m/an}\)
  • \(v_{corr,suiv} = 50 \, \mu\text{m/an}\)
  • \(T_{exposition} = 10 \, \text{ans}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \Delta t_{total} &= (70 \, \mu\text{m/an} \cdot 1 \, \text{an}) + (50 \, \mu\text{m/an} \cdot (10 - 1) \, \text{ans}) \\ &= 70 \, \mu\text{m} + (50 \, \mu\text{m/an} \cdot 9 \, \text{ans}) \\ &= 70 \, \mu\text{m} + 450 \, \mu\text{m} \\ &= 520 \, \mu\text{m} \end{aligned} \]

Conversion en mm : \(520 \, \mu\text{m} = 0.52 \, \text{mm}\)

Résultat Question 1 : La perte d'épaisseur totale après 10 ans sans protection est \(\Delta t_{total} = 520 \, \mu\text{m}\) (ou \(0.52 \, \text{mm}\)).

Question 2 : Épaisseur Restante (non protégée, 10 ans)

Principe :

L'épaisseur restante est l'épaisseur initiale moins la perte d'épaisseur totale.

Formule(s) utilisée(s) :
\[t_{rest} = t_0 - \Delta t_{total}\]
Données spécifiques :
  • \(t_0 = 10 \, \text{mm}\)
  • \(\Delta t_{total} = 0.52 \, \text{mm}\) (calculé à la question 1)
Calcul :
\[ \begin{aligned} t_{rest} &= 10 \, \text{mm} - 0.52 \, \text{mm} \\ &= 9.48 \, \text{mm} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : L'épaisseur restante après 10 ans sans protection est \(t_{rest} = 9.48 \, \text{mm}\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si la perte d'épaisseur totale était de \(1.2 \, \text{mm}\) et l'épaisseur initiale de \(8 \, \text{mm}\), l'épaisseur restante serait :

Question 3 : Respect de l'Épaisseur Minimale (non protégée, 10 ans)

Principe :

Comparer l'épaisseur restante à l'épaisseur minimale admissible.

Condition de vérification :
\[t_{rest} \geq t_{min}\]
Données spécifiques :
  • \(t_{rest} = 9.48 \, \text{mm}\) (calculé à la question 2)
  • \(t_{min} = 6 \, \text{mm}\)
Comparaison :
\[9.48 \, \text{mm} \geq 6 \, \text{mm} \quad (\text{OK})\]

La condition est vérifiée.

Résultat Question 3 : Oui, la tôle non protégée respecterait encore l'épaisseur minimale admissible après 10 ans.

Question 4 : Nombre de Réfections de Peinture

Principe :

Le nombre de réfections nécessaires est déterminé en divisant la durée de service totale par la durabilité du système de peinture, moins la première application.

Formule(s) utilisée(s) :
\[N_{refections} = \lceil \frac{T_{service}}{T_{protection}} \rceil - 1\]

Où \(\lceil x \rceil\) est la fonction plafond (arrondi à l'entier supérieur).

Données spécifiques :
  • \(T_{service} = 30 \, \text{ans}\)
  • \(T_{protection} = 12 \, \text{ans}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \text{Nombre total d'applications} &= \lceil \frac{30 \, \text{ans}}{12 \, \text{ans}} \rceil \\ &= \lceil 2.5 \rceil \\ &= 3 \text{ applications (initiale + 2 réfections)} \end{aligned} \]
\[ N_{refections} = 3 - 1 = 2 \]
Résultat Question 4 : Le système de peinture devra être refait au minimum 2 fois pendant les 30 ans de service (soit 3 applications au total : initiale, à 12 ans, à 24 ans).

Quiz Intermédiaire 2 : Si la durabilité de la peinture était de \(8 \, \text{ans}\) pour une durée de service de \(20 \, \text{ans}\), combien de réfections seraient nécessaires ?

Question 5 : Épaisseur Restante à 30 ans avec Peinture

Principe :

Si l'on suppose que la peinture est parfaitement efficace pendant sa durée de vie et est refaite à temps, la corrosion ne se produit pas. L'épaisseur de la tôle resterait donc son épaisseur initiale. Cependant, si la dernière période de protection dépasse la durée de vie de la structure, ou si l'on considère une exposition courte entre les réfections (non spécifié ici), le calcul serait différent. Pour cet exercice, on suit la simplification : "aucune corrosion significative ne se produit tant que le revêtement est considéré comme efficace".

La dernière application de peinture a lieu à \(T = 24\) ans et dure jusqu'à \(T = 24 + 12 = 36\) ans. Comme la durée de vie de service est de \(30\) ans, la tôle est protégée jusqu'à la fin de sa vie de service.

Calcul :

Puisque la tôle est toujours protégée par une peinture efficace à la fin des 30 ans de service, la perte d'épaisseur due à la corrosion est considérée comme négligeable.

\[t_{rest, 30ans} \approx t_0 = 10 \, \text{mm}\]
Résultat Question 5 : En supposant une maintenance parfaite et une efficacité totale du revêtement, l'épaisseur restante à la fin des 30 ans de service serait approximativement l'épaisseur initiale, soit \(10 \, \text{mm}\).

Question 6 : Durée de Vie de la Protection par Galvanisation

Principe :

La durée de vie de la galvanisation est le rapport entre l'épaisseur du revêtement de zinc et la vitesse de perte de zinc.

Formule(s) utilisée(s) :
\[T_{galva} = \frac{\text{Épaisseur de Zinc}}{v_{perte,Zinc}}\]
Données spécifiques :
  • Épaisseur de Zinc = \(85 \, \mu\text{m}\)
  • \(v_{perte,Zinc} = 2 \, \mu\text{m/an}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} T_{galva} &= \frac{85 \, \mu\text{m}}{2 \, \mu\text{m/an}} \\ &= 42.5 \, \text{ans} \end{aligned} \]
Résultat Question 6 : La durée de vie de la protection par galvanisation serait de \(42.5 \, \text{ans}\).

Quiz Intermédiaire 3 : Si l'épaisseur de zinc était de \(100 \, \mu\text{m}\) et la perte de \(5 \, \mu\text{m/an}\), la durée de vie serait :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

7. La catégorie de corrosivité C4 selon ISO 12944 correspond à un environnement :

8. La durabilité d'un système de peinture fait référence à :

9. La galvanisation à chaud protège l'acier principalement par :

Glossaire

Corrosion
Dégradation d'un matériau (généralement un métal) par réaction chimique ou électrochimique avec son environnement.
Catégorie de Corrosivité (ISO 12944)
Classification des environnements atmosphériques en fonction de leur agressivité corrosive (de C1 - très faible à CX - extrême).
Perte d'Épaisseur
Réduction de l'épaisseur d'un matériau due à la corrosion, souvent exprimée en micromètres (\(\mu\text{m}\)) ou millimètres (mm) par an.
Système de Peinture
Ensemble de couches de peinture (primaire, intermédiaire, finition) appliquées sur une surface pour la protéger contre la corrosion et/ou pour des raisons esthétiques.
Durabilité (d'un système de peinture)
Selon ISO 12944-1, c'est la durée de vie attendue d'un système de peinture jusqu'à la première maintenance majeure. Elle dépend de la catégorie de corrosivité.
Galvanisation à Chaud
Procédé de revêtement de l'acier avec une couche de zinc par immersion dans un bain de zinc fondu, offrant une protection par effet barrière et cathodique.
Micromètre (\(\mu\text{m}\))
Unité de longueur égale à un millionième de mètre ( \(1 \, \mu\text{m} = 10^{-3} \, \text{mm} = 10^{-6} \, \text{m}\) ).
Évaluation et Protection contre la Corrosion - Exercice d'Application

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