La corrosion des métaux

La corrosion des métaux

La corrosion d’un métal est un phénomène naturel  qui décrit l’altération de celui-ci par une réaction chimique  avec un oxydant fort.

La corrosion d’un métal dépend entièrement du milieu dans lequel il se situe, c’est-à-dire  que le métal peut s’oxyder sous l’action d’agents chimiques contenus dans l’air, l’eau ou en solution aqueuse.

Ainsi, le nombre d’oxydation du métal lors de la corrosion passe de 0 à un nombre d’oxydation positif quelque soit le milieu, et le métal se retrouve donc dans sa forme naturelle la plus stable.

La nature électrochimique du phénomène  est généralement admise si le milieu agressif peut être assimilé à un électrolyte.

Toutefois, les cations métalliques produits par l’oxydation anodique se combinent avec  des anions pour former des produits solides ou en solution.

Dans notre étude, nous nous intéresseront plus précisément à la corrosion du fer  puisque chaque année le monde produit environ 600 millions de tonnes d’acier. Il est donc important de connaitre les différents paramètres  de corrosion du fer, ainsi que ses domaines de prédominance et d’existence  en fonction  du milieu et de l’oxydant auquel il est confronté.

 Dans le cadre de notre exposé, on s’est demandé à quelles conditions le fer est il corrodé.      

Pour y répondre, nous construiront un diagramme de potentiel pH du fer dans un premier  temps , puis nous verrons comment l’étude du diagramme nous permet de  prédire  l’état du fer  dans des conditions spécifiques.  

1. Construction du diagramme de potentiel PH

Le but est de ce diagramme, aussi appelé diagramme de Pourbaix est de représenter la forme prédominante du fer en solution aqueuse, en fonction du potentiel et en tenant compte d’une éventuelle influence du Ph. La lecture de de ce diagramme permet de connaitre, à un potentiel (ordonnée) et pH (abscisse) connu, la forme prédominante du fer, ou son existence à l’état solide.

Les conditions  et conventions pour établir un tel diagramme sont les suivant :

• Solvant portique (H2O)
• Température (25°C)
• Pression de  1 bar
• Référence  ESH
• Concentration de tracé = C0= 10-2 mol.L-1 , c’est-à-dire que [Fe]=∑ [Fe dans un autre état d’oxydation] [pic 1]

1. Etude préalable

Ayant fixé C0 , on peut calculer le pH d’apparition des hydroxydes, ce qui revient à fixer des verticales dans le diagrammes potentiel-pH. En effet, pour un n.o donné, l’apparition d’un hydroxyde est indépendante du potentiel rédox.

Soit pour l’apparition de la phase solide Fe(OH)3 dès que [Fe3+][OH-]3> Ks

On en déduit que l’apparition de Fe(OH)3 se fait pour un pH>2

Par un raisonnement annexe, on trouve que le Fe(OH)2 apparait pour un pH>7.5

Cette première étude nous permet d’envisager l’étude de deux parties correspondant aux deux couple Fe(III)/Fe (II) et Fe(II)/fe(0)

1. Etude du couple Fe(III)/Fe(II)

Ici, on est présence de :

• 2 espèces du fer (III), Fe3+ et Fe(OH)3
• 2 espèces de fer (II), Fe2+ et Fe(OH)2

Pour tous ces couples, on repartira de la formule de Nernst.

E=E°(Fe(III)/Fe(II))+0.06log [pic 2]

pH<2

On prend en compte le couple Fe3+/Fe2+ .

Fe3++e-→Fe2+

A cette frontière ; [Fe3+]=[Fe2+], ainsi E=0,77, pour cette frontière et sera horizontale.

2

Le couple considéré est Fe(OH)3/Fe2+

Quand Fe(OH)3 existe , [Fe3+]===104*[H+]3[pic 3][pic 4]

1. Diagramme de corrosion

En effet, le diagramme de Pourbaix  que nous venons de vous présenter peut nous  permettre d’appréhender le phénomène de corrosion. La corrosion est le passage en solution d’un métal, c’est-à-dire que le métal va être sous forme ionique.

On dira qu’il y a corrosion si la concentration en ion métalliques (ici le fer) à l’équilibre est supérieur à un  certain seuil fixé à 10-6 mol.L-1(début de la corrosion) .

Il existe deux types de corrosions :

• La corrosion dite « humide » qui a lieu en présence d’eau liquide.
• La corrosion « sèche » qui a lieu en présence de gaz oxydant comme O2, , Cl2 ,H2 S

Pour transformer le diagramme de Pourbaix du fer en diagramme de corrosion, il faut d’abord construire un diagramme du fer mais pour une concentration minimale en espèce dissoute égale à 10-6 mol.L-1.

Il y a 3 types de domaines dans ce diagramme :

D’abord, le domaine d’immunité dans lequel le fer est stable. Ensuite, les domaines de corrosion, dans lesquels la concentration en espèces dissoutes est supérieure à 10-6. Et enfin, le domaine de passivation correspondant au domaine de stabilité  d’une espèce solide comme un oxyde métallique.