La corrosion

Qu’est-ce que la corrosion ?

La corrosion désigne l’altération d’un matériau par réaction chimique avec un oxydant (le dioxygène et le cation H⁺ en majorité). Il faut en exclure les effets purement mécaniques (cela ne concerne pas, par exemple, la rupture sous l’effet de chocs), mais la corrosion peut se combiner avec les effets mécaniques et donner de la corrosion sous contrainte et de la fatigue-corrosion; de même, elle intervient dans certaines formes d’usure des surfaces dont les causes sont à la fois physicochimiques et mécaniques.

Les phénomènes de corrosion des métaux sont de nature électrochimique : le métal retrouve son état thermodynamiquement stable, l’état oxydé, en présence d’un milieu oxydant (eau, atmosphère, milieu naturel ou industriel). Le métal réagit avec l’environnement, cette réaction se faisant avec des échanges d’électrons.

Les exemples les plus connus sont les altérations chimiques des métaux à l’air ou dans l’eau, telles la rouille du fer et de l’acier ou la formation de vert-de-gris sur le cuivre et ses alliages (bronze, laiton). Cependant, la corrosion est un domaine bien plus vaste qui touche toutes sortes de matériaux (métaux, céramiques, polymères) dans des environnements variables (milieu aqueux, atmosphère, hautes températures).

L’étude fondamentale des phénomènes de corrosion relève essentiellement de l’électrochimie. L’étude appliquée des phénomènes de corrosion est un domaine de la science des matériaux, qui comporte à la fois des notions de chimie et de physique (physico-chimie).

La corrosion est un problème industriel important : le coût de la corrosion, qui recouvre l’ensemble des moyens de lutte contre la corrosion, le remplacement des pièces ou ouvrages corrodés et les conséquences directes et indirectes des accidents dus à la corrosion, est estimé à 2 % du produit brut mondial¹. Chaque seconde, ce sont quelques 5 tonnes d’acier qui sont ainsi transformées en oxydes de fer…

La première idée pour contrer la corrosion est simplement de choisir un matériau qui ne se corrode pas, c’est-à-dire très peu, dans l’environnement considéré. On peut utiliser des aciers inoxydables, des aluminiums, des céramiques, des polymères (plastiques)… Le choix doit aussi prendre en compte les contraintes de l’application (masse de la pièce, résistance à la déformation, à la chaleur, capacité à conduire l’électricité…). Dans l’absolu, il n’existe pas de matériau réellement inoxydable.

Le terme d’« acier inoxydable » peut être considéré comme impropre pour deux raisons :

– ce type d’acier contient des éléments d’alliage (chrome, nickel) qui s’oxydent : c’est précisément cette couche d’oxydes qui protège l’acier;

– d’autre part, cet acier n’est protégé que pour certains types d’environnement, et sera rapidement corrodé dans d’autres environnements.

Toutefois, une des manières d’éviter la corrosion consiste à mettre une quantité importante de chrome (Cr) dans l’acier (nous l’avons vu plus de 10,5 % en masse). Le chrome réagit avec le dioxygène de l’air et forme une couche d’oxyde de chrome Cr₂O_3.Cette couche, compacte, adhérente et donc protectrice, est appelée « couche passive » : elle forme une barrière séparant l’acier de son milieu. En temps normal, elle est invisible car très fine. Ainsi, contrairement à son nom, l’acier n’est pas inoxydable : il s’oxyde rapidement, mais forme un oxyde protecteur, contrairement à la rouille.

Les formes de corrosion des aciers inoxydables

Comme tous les métaux, ces aciers peuvent subir une corrosion chimique uniforme qui attaque les surfaces de manière régulière ; on peut alors mesurer la masse perdue par unité de surface et par unité de temps.

D’autres formes de corrosion caractérisent les aciers inoxydables austénitiques et peuvent se révéler très gênantes à l’usage :

la corrosion intergranulaire, en cheminant entre les microcristaux du métal, finit par désagréger le métal. Elle est liée à la précipitation de carbure de chrome le long des joints. Pour qu’elle se produise, trois conditions doivent être remplies : au moins 0,035 % de carbone, une sensibilisation par un maintien à une température de 400 à 800 °C, un milieu extérieur acide avec un pouvoir oxydant compris entre deux limites bien définies ;
la corrosion par piqûres n’est généralement pas due à une hétérogénéité du matériau mais à la présence accidentelle d’une poussière métallique qui, en milieu humide, forme une pile électrique. La surface de l’acier constitue alors l’anode et se corrode. On peut ainsi voir des tôles de 2 mm d’épaisseur se percer en quelques heures. Un milieu à la fois très acide et très oxydant peut produire des effets similaires ;
la corrosion sous contrainte provoque la mise hors service très rapide des objets qu’elle attaque. Elle est heureusement très rare. Pour qu’elle se produise, il faut que les pièces comportent des parties mises en tension, même faiblement, sous l’effet des contraintes de service ou des effets secondaires des soudures, de l’emboutissage… et qu’elles soient en outre exposées à un milieu corrosif de type eau impure, solutions de chlorures même très diluées, soude caustique chaude.

Il existe de fait de très nombreuses nuances d’aciers inoxydables et le choix est parfois difficile, car ils n’ont pas tous le même comportement dans un milieu donné.

Les aciers inoxydables peuvent donc se corroder si l’on n’utilise pas la bonne nuance par rapport à l’environnement de la pièce (composition chimique de l’environnement, température), ou bien si la couche passive ne se forme pas avant la mise en service de la pièce :

le métal est mis à nu (meulage, usinage, déformation de la pièce faisant craquer la couche passive, frottement, érosion, cavitation), mais de l’huile ou de la graisse empêche l’air d’arriver pour oxyder ; la surface est alors dite « active ».
des particules d’acier non inoxydable polluent la surface (pollution par le fer) : ces particules rouillent, ce qui forme des auréoles, mais peuvent aussi amorcer une corrosion de l’inox dans certains cas.
on peut avoir de la corrosion galvanique : contact de l’inox avec un métal plus noble, hétérogénéité dans l’inox, variation de concentration du milieu.