Études de cas pratique

EGC

Analyse de la Corrosion Marine d’une Structure

Analyse de la Corrosion Marine d’une Structure en Acier

Analyse de la Corrosion Marine d’une Structure en Acier

Comprendre la Corrosion Marine

La corrosion marine est un processus électrochimique complexe qui dégrade les métaux exposés à l'eau de mer et à l'atmosphère marine. Elle est particulièrement agressive en raison de la haute conductivité de l'eau de mer (due à la présence de sels dissous, principalement NaCl) et de la disponibilité d'oxygène. Différentes zones d'exposition (atmosphérique, marnage ou splash zone, immergée, enfouie) présentent des taux et des mécanismes de corrosion variés. L'analyse de la corrosion est cruciale pour assurer la durabilité et la sécurité des structures métalliques en milieu marin.

Données de l'étude

On étudie un pieu en acier au carbone S355 non protégé, faisant partie d'une plateforme offshore. Le pieu a une épaisseur initiale de paroi de \(25 \, \text{mm}\).

Caractéristiques et environnement :

  • Matériau : Acier au carbone S355
  • Épaisseur initiale de la paroi (\(e_{init}\)) : \(25 \, \text{mm}\)
  • Zone d'exposition considérée : Zone de marnage (splash zone), la plus agressive.
  • Vitesse de corrosion moyenne pour l'acier au carbone en zone de marnage (non protégé) : \(v_{corr} = 0.5 \, \text{mm/an}\)
  • Durée de service inspectée : \(T = 15 \, \text{ans}\)
  • Épaisseur minimale requise pour l'intégrité structurale (\(e_{min,req}\)) : \(12 \, \text{mm}\)
Schéma : Pieu en Acier en Milieu Marin
Niveau Hautes Eaux Niveau Basses Eaux Zone Atmosphérique Zone de Marnage (Splash Zone) Zone Immergée Pieu affecté par la corrosion marine

Illustration des différentes zones de corrosion sur un pieu marin.

Tableau simplifié des vitesses de corrosion typiques pour l'acier au carbone (non protégé) :

Zone d'Exposition Vitesse de Corrosion (mm/an)
Atmosphérique marine (sévère) 0.1 - 0.2
Zone de marnage (Splash zone) 0.3 - 1.0 (exercice utilise 0.5)
Immergée (eau de mer aérée) 0.1 - 0.3
Enfouie (sédiments marins) 0.01 - 0.05

Questions à traiter

  1. Calculer la perte d'épaisseur totale (\(\Delta e\)) de la paroi du pieu après \(15 \, \text{ans}\) d'exposition dans la zone de marnage.
  2. Déterminer l'épaisseur restante de la paroi (\(e_{rest}\)) du pieu après ces \(15 \, \text{ans}\).
  3. Le pieu est-il toujours considéré comme sûr du point de vue structural après \(15 \, \text{ans}\) ? Justifier.
  4. Si une peinture époxy haute performance est appliquée, réduisant la vitesse de corrosion de 80%, quelle serait la nouvelle perte d'épaisseur après \(15 \, \text{ans}\) ?
  5. Proposer deux autres méthodes (en plus du revêtement par peinture) pour protéger ce pieu en acier contre la corrosion marine.

Correction : Analyse de la Corrosion Marine

Question 1 : Perte d'Épaisseur Totale (\(\Delta e\))

Principe :

La perte d'épaisseur totale due à la corrosion est le produit de la vitesse de corrosion et de la durée d'exposition.

Formule(s) utilisée(s) :
\[\Delta e = v_{corr} \cdot T\]
Données spécifiques :
  • \(v_{corr} = 0.5 \, \text{mm/an}\)
  • \(T = 15 \, \text{ans}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \Delta e &= 0.5 \, \text{mm/an} \cdot 15 \, \text{ans} \\ &= 7.5 \, \text{mm} \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : La perte d'épaisseur totale après 15 ans est \(\Delta e = 7.5 \, \text{mm}\).

Question 2 : Épaisseur Restante (\(e_{rest}\))

Principe :

L'épaisseur restante est l'épaisseur initiale moins la perte d'épaisseur due à la corrosion.

Formule(s) utilisée(s) :
\[e_{rest} = e_{init} - \Delta e\]
Données spécifiques :
  • \(e_{init} = 25 \, \text{mm}\)
  • \(\Delta e = 7.5 \, \text{mm}\) (calculé à la question 1)
Calcul :
\[ \begin{aligned} e_{rest} &= 25 \, \text{mm} - 7.5 \, \text{mm} \\ &= 17.5 \, \text{mm} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : L'épaisseur restante après 15 ans est \(e_{rest} = 17.5 \, \text{mm}\).

Quiz Intermédiaire 2 : Si l'épaisseur initiale du pieu était de \(20 \, \text{mm}\) (au lieu de 25 mm), quelle serait l'épaisseur restante après 15 ans (avec \(v_{corr} = 0.5 \, \text{mm/an}\)) ?

Question 3 : Sécurité Structurale après 15 ans

Principe :

Pour que le pieu soit considéré comme sûr, son épaisseur restante doit être supérieure ou égale à l'épaisseur minimale requise pour l'intégrité structurale.

Condition de vérification :
\[e_{rest} \geq e_{min,req}\]
Données spécifiques :
  • \(e_{rest} = 17.5 \, \text{mm}\) (calculé à la question 2)
  • \(e_{min,req} = 12 \, \text{mm}\)
Comparaison :
\[17.5 \, \text{mm} \geq 12 \, \text{mm} \quad (\text{OK})\]

La condition est vérifiée.

Résultat Question 3 : Oui, le pieu est toujours considéré comme sûr après 15 ans car son épaisseur restante (\(17.5 \, \text{mm}\)) est supérieure à l'épaisseur minimale requise (\(12 \, \text{mm}\)).

Quiz Intermédiaire 1 : Si la vitesse de corrosion était de \(1.0 \, \text{mm/an}\), l'épaisseur restante après 15 ans serait :

Question 4 : Perte d'Épaisseur avec Revêtement Protecteur

Principe :

Le revêtement réduit la vitesse de corrosion. La nouvelle vitesse de corrosion (\(v'_{corr}\)) est calculée, puis la nouvelle perte d'épaisseur (\(\Delta e'\)).

Formule(s) utilisée(s) :
\[v'_{corr} = v_{corr} \cdot (1 - \text{Réduction}\%)\] \[\Delta e' = v'_{corr} \cdot T\]
Données spécifiques :
  • \(v_{corr} = 0.5 \, \text{mm/an}\)
  • Réduction de la vitesse de corrosion = 80% = 0.80
  • \(T = 15 \, \text{ans}\)
Calcul :

Nouvelle vitesse de corrosion :

\[ \begin{aligned} v'_{corr} &= 0.5 \, \text{mm/an} \cdot (1 - 0.80) \\ &= 0.5 \, \text{mm/an} \cdot 0.20 \\ &= 0.1 \, \text{mm/an} \end{aligned} \]

Nouvelle perte d'épaisseur :

\[ \begin{aligned} \Delta e' &= 0.1 \, \text{mm/an} \cdot 15 \, \text{ans} \\ &= 1.5 \, \text{mm} \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : Avec le revêtement protecteur, la nouvelle perte d'épaisseur après 15 ans serait \(\Delta e' = 1.5 \, \text{mm}\).

Quiz Intermédiaire 3 : Si le revêtement réduisait la vitesse de corrosion de seulement 50% (au lieu de 80%), la perte d'épaisseur \(\Delta e'\) après 15 ans serait :

Question 5 : Autres Méthodes de Protection contre la Corrosion Marine

Principe :

Plusieurs stratégies peuvent être employées pour protéger les structures en acier en milieu marin, en plus des revêtements organiques comme les peintures.

Suggestions :

Deux autres méthodes courantes pour protéger un pieu en acier contre la corrosion marine sont :

  1. Protection Cathodique :
    • Par Anodes Sacrificielles : Des métaux plus actifs (par exemple, zinc, aluminium, magnésium) sont fixés à la structure en acier. Ces anodes se corrodent préférentiellement (se "sacrifient"), protégeant ainsi l'acier qui devient la cathode de la cellule électrochimique. Elles nécessitent un remplacement périodique.
    • Par Courant Imposé : Un courant continu externe est appliqué à la structure pour la maintenir à un potentiel où la corrosion est significativement réduite. Cela nécessite une source d'énergie et des anodes inertes.
  2. Utilisation d'Aciers plus Résistants à la Corrosion ou de Surépaisseurs de Corrosion :
    • Aciers faiblement alliés (HSLA) ou aciers inoxydables : Certains aciers ont une meilleure résistance intrinsèque à la corrosion marine, bien que leur coût soit plus élevé. Le choix dépend de l'agressivité de l'environnement et de la durée de vie attendue.
    • Conception avec surépaisseur de corrosion : Consiste à augmenter l'épaisseur initiale du matériau pour compenser la perte attendue par corrosion sur la durée de vie de la structure. C'est une approche simple mais qui peut augmenter le poids et le coût initial.

D'autres méthodes incluent le gainage métallique (doublage avec un métal plus résistant), l'utilisation de béton pour protéger certaines parties, ou encore le contrôle de l'environnement (moins applicable pour un pieu offshore).

Résultat Question 5 : Deux autres méthodes de protection incluent la protection cathodique (par anodes sacrificielles ou courant imposé) et l'utilisation d'aciers plus résistants ou la conception avec des surépaisseurs de corrosion.

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

6. Quelle zone d'un pieu marin est généralement la plus affectée par la corrosion ?

7. La protection cathodique par anodes sacrificielles consiste à :

8. Une vitesse de corrosion de \(0.2 \, \text{mm/an}\) signifie :

Glossaire

Corrosion
Dégradation d'un matériau, généralement un métal, par réaction chimique ou électrochimique avec son environnement.
Corrosion Marine
Corrosion se produisant dans un environnement marin, caractérisé par la présence d'eau salée et d'une atmosphère chargée en sel.
Vitesse de Corrosion (\(v_{corr}\))
Quantité de matériau perdu par unité de surface et par unité de temps, souvent exprimée en perte d'épaisseur par an (par exemple, mm/an).
Zone de Marnage (Splash Zone)
Zone d'une structure marine alternativement immergée et exposée à l'air en raison des marées et des vagues. C'est souvent la zone la plus sévèrement corrodée en raison de l'apport constant d'oxygène et d'électrolyte.
Protection Cathodique
Méthode de prévention de la corrosion qui consiste à transformer la surface métallique à protéger en cathode d'une cellule électrochimique. Peut être réalisée par anodes sacrificielles ou par courant imposé.
Anode Sacrificielle
Pièce métallique plus électropositive (plus active) que le métal à protéger, qui se corrode à sa place.
Revêtement Protecteur
Couche de matériau (peinture, plastique, métal) appliquée sur la surface d'une structure pour l'isoler de l'environnement corrosif.
Analyse de la Corrosion Marine - Exercice d'Application

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