Analyse de la Corrosion Marine d’une Structure

Comprendre l’Analyse de la Corrosion Marine d’une Structure

Une société de construction maritime évalue la durabilité de ses structures métalliques exposées à un environnement marin agressif. La structure en question est une partie d’un quai en acier qui est constamment exposée à de l’eau de mer. La préoccupation principale est de déterminer à quelle vitesse le métal se corrodera, afin de planifier les maintenances et éventuels remplacements nécessaires.

Pour comprendre l’Évaluation et Protection contre la Corrosion, cliquez sur le lien.

Données Fournies:

Matériau de la structure: Acier
Environnement: Eau de mer
Température de l’eau: 15°C
pH de l’eau: 8.1
Concentration en chlorures: 19,000 ppm
Surface exposée: 120 m²
Masse initiale de la section testée: 3000 kg
Durée de l’exposition: 2 ans
Masse finale après 2 ans: 2940 kg

Questions:

1. Calcul du taux de corrosion annuel:

Utilisez les données fournies pour calculer la perte de masse annuelle en kg, puis convertissez cette perte en taux de corrosion en mm par an. Utilisez la densité de l’acier, approximativement 7.85 g/cm³, pour convertir la perte de masse en perte d’épaisseur de métal.

2. Analyse de l’impact du pH et des chlorures:

Discutez comment le pH et la concentration en chlorures de l’eau de mer peuvent influencer le taux de corrosion observé.

3. Proposition de mesures de protection:

Sur la base de votre calcul du taux de corrosion, proposez des méthodes appropriées pour protéger la structure contre la corrosion future.

Correction : Analyse de la Corrosion Marine d’une Structure

1. Calcul du taux de corrosion annuel

Nous devons déterminer la perte de masse annuelle puis convertir cette perte en une diminution d’épaisseur (en mm/an). Pour ce faire, nous utilisons la relation entre masse, volume et densité. La formule générale est :

\[ \text{Volume perdu} = \frac{\text{Masse perdue}}{\text{Densité}} \]

Une fois le volume perdu obtenu, la perte d’épaisseur (en m) se calcule à l’aide de la surface exposée :

\[ \text{Perte d’épaisseur} = \frac{\text{Volume perdu}}{\text{Surface exposée}} \]

Enfin, pour obtenir le résultat en millimètres, on multiplie par 1000.

Formules

1. Masse perdue totale sur la période d’exposition :

\[ \Delta m_{\text{total}} = m_{\text{initiale}} – m_{\text{finale}} \]

2. Masse perdue annuelle :

\[ \Delta m_{\text{annuel}} = \frac{\Delta m_{\text{total}}}{\text{Durée (années)}} \]

3. Volume perdu annuel :

\[ \Delta V_{\text{annuel}} = \frac{\Delta m_{\text{annuel}}}{\rho} \]

4. Perte d’épaisseur annuelle (en m) :

\[ \Delta e = \frac{\Delta V_{\text{annuel}}}{A} \]

5. Conversion en mm/an :

\[ \Delta e_{\text{mm/an}} = \Delta e \times 1000 \]

Données

\( m_{\text{initiale}} = 3000 \) kg
\( m_{\text{finale}} = 2940 \) kg
Durée d’exposition = 2 ans
Surface exposée \( A = 120 \) m²
Densité de l’acier \( \rho = 7.85 \) g/cm³

Conversion : \( 7.85 \) g/cm³ \( = 7850 \) kg/m³

Calcul pas à pas

1. Calcul de la masse perdue totale :

\[ \Delta m_{\text{total}} = 3000\ \text{kg} – 2940\ \text{kg} \] \[ \Delta m_{\text{total}} = 60\ \text{kg} \]

2. Calcul de la masse perdue annuelle :

\[ \Delta m_{\text{annuel}} = \frac{60\ \text{kg}}{2\ \text{ans}} \] \[ \Delta m_{\text{annuel}} = 30\ \text{kg/an} \]

3. Calcul du volume perdu annuel :

\[ \Delta V_{\text{annuel}} = \frac{30\ \text{kg}}{7850\ \text{kg/m}^3} \] \[ \Delta V_{\text{annuel}} \approx 0.00382166\ \text{m}^3/\text{an} \]

4. Calcul de la perte d’épaisseur annuelle (en m) :

\[ \Delta e = \frac{0.00382166\ \text{m}^3/\text{an}}{120\ \text{m}^2} \] \[ \Delta e \approx 0.0000318472\ \text{m/an} \]

5. Conversion en mm/an :

\[ \Delta e_{\text{mm/an}} = 0.0000318472\ \text{m/an} \times 1000 \] \[ \Delta e_{\text{mm/an}} \approx 0.03185\ \text{mm/an} \]

Résultat :
Le taux de corrosion est d’environ 0.03185 mm par an.

2. Analyse de l’impact du pH et des chlorures

Le pH de l’eau et la concentration en ions chlorure influencent significativement le mécanisme de corrosion.

pH de l’eau (8.1) :
- L’eau de mer a généralement un pH légèrement alcalin. Un pH supérieur à 7 tend à réduire la corrosion uniforme du métal par rapport à un milieu acide.
- Toutefois, même en milieu alcalin, la présence d’agents agressifs peut entraîner des phénomènes locaux de corrosion.
Concentration en chlorures (19 000 ppm) :
- Les ions chlorure sont particulièrement agressifs pour l’acier. Ils favorisent la formation de zones de corrosion localisées (pitting), ce qui peut entraîner une détérioration plus rapide et non uniforme de la structure.
- Même si le pH modéré limite la corrosion généralisée, la haute concentration en chlorures accentue le risque de corrosion par piqûres.

Conclusion de l’analyse :

Le pH légèrement alcalin (8.1) pourrait contribuer à une certaine protection contre la corrosion uniforme, mais la très forte concentration en chlorures (19 000 ppm) demeure le facteur principal augmentant le risque de corrosion localisée. Ceci explique en partie le taux de corrosion mesuré.

3. Proposition de mesures de protection

Afin de limiter la corrosion future de la structure, plusieurs stratégies peuvent être mises en œuvre en fonction du taux de corrosion observé et des conditions environnementales.

Propositions de mesures

1. Revêtements protecteurs :

Peinture époxy ou polyuréthane : Appliquer des peintures résistantes aux environnements marins pour créer une barrière physique empêchant l’eau et les chlorures d’atteindre la surface de l’acier.

2. Protection cathodique :

Anodes sacrificielles : Installer des anodes en zinc ou en aluminium qui se corroderont préférentiellement à l’acier, protégeant ainsi la structure principale.
Système de protection cathodique par courant imposé : Mettre en place un système électrique qui empêche l’acier de corroder.

3. Corrosion inhibitors (inhibiteurs de corrosion) :

Utiliser des produits chimiques ajoutés dans l’eau de mer ou appliqués sur la surface pour ralentir les réactions de corrosion.

4. Maintenance préventive :

Réaliser des inspections régulières pour détecter tôt les signes de corrosion et intervenir avant que la détérioration ne devienne critique.

5. Conception améliorée :

En phase de conception ou de rénovation, utiliser des alliages plus résistants à la corrosion ou des traitements de surface spécifiques (par exemple, galvanisation).

Conclusion :

Face à un taux de corrosion de 0.03185 mm/an dans un environnement hautement agressif en chlorures, il est recommandé de combiner plusieurs mesures (revêtement protecteur, protection cathodique et maintenance régulière) pour assurer la durabilité de la structure.

Analyse de la Corrosion Marine d’une Structure

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