Sihem KHERRAF - Université 20 août 1955 Skikda

Transcription

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
Ministère de l'enseignement supérieur et de la recherche scientifique
MEMOIRE DE MAGISTER
PRESENTE A
L'UNIVERSITE DE SKIKDA
Faculté des sciences et sciences de l'ingéniorat
Département des sciences fondamentales
Spécialité : CHIMIE APPLIQUEE
Option: ELECTROCHIMIE-CORROSION
PAR
Sihem KHERRAF
THEME
 COMPORTEMENT ELECTROCHIMIQUE DE L'ACIER
So
ute
nu
le:
A105 DANS DIFFERENTS MILIEUX AQUEUX.
 Influence de quelques inhibiteurs.
Soutenu le : 04 /05 /2008
Devant le jury:

C.MOUATS
Professeur
U .Constantine
Président

K.BELMOKRE
Professeur
U .Skikda
Rapporteur

B.KEBABI
Professeur
U .Constantine
Examinateur

M.LITIM
Maître de conférence
U. Skikda
Examinateur
REMERCIEMENTS
Ce travail a été effectué au laboratoire de corrosion et traitements de surface du
département des sciences fondamentales de l'université de SKIKDA, dont le responsable
est Monsieur le Professeur K.BELMOKRE.
Tout d'abord je tiens à adresser mes plus sincères remerciements à mon rapporteur
Monsieur K.BELMOKRE, Professeur à l'université de SKIKDA, pour m'avoir proposé ce
sujet, orienté judicieusement cette étude et pour m'avoir fait profiter de son expérience. Je
lui exprime toute ma reconnaissance pour ses conseils techniques et scientifiques, sa
patience et ses encouragements chaleureux.
Je tiens à exprimer ma profonde reconnaissance à Monsieur C. MOUATS, Professeur à
l'université de Constantine, pour avoir accepté de présider le jury qui va juger mon travail.
Je remercie également Monsieur B.KEBABI, Professeur à l'université de Constantine,
pour m'avoir fait l'honneur d'appartenir à ce jury ; je tiens à lui exprimer ma plus profonde
reconnaissance.
Je suis très heureuse d'exprimer toute ma gratitude à Monsieur M.LITIM, Maître de
conférences à l'université de SKIKDA d'avoir accepté d'être membre du jury et m'avoir fait
bénéficier de ses connaissances scientifiques.
Je remercie très sincèrement toute l'équipe du laboratoire de déssalage de la société
nationale de la pétrochimie de SKIKDA pour l'accueil qu'ils m'ont réservé ainsi que pour
l'aide technique qu'ils m'ont apportée.
Je remercie très sincèrement tous les personnels du laboratoire de l'entreprise nationale des
jus et des conserves (ENAJUC), en particulier l'ingénieur A.BELOUAHEM, pour leur
aide technique, leur patience et leur gentillesse.
Je désire remercier tout particulièrement Monsieur L.KHOCHEMANE, Maître de
conférence à l'université de SKIKDA et Monsieur D. RAMECHE, ingénieur au
laboratoire de département de Mécanique pour leur aide technique.
J'adresse tous mes remerciements à Madame N.AMMOUCHI, chef de département des
sciences fondamentales pour son aide.
Je
tiens
à
remercier
Monsieur
B.MEGHZILI,
Monsieur
S.BOULEHROUZ,
Mademoiselle F. DAOUD pour m'avoir fourni la documentation.
Mes remerciements vont également à tous mes enseignants de la post-gradiation
Pr. K. BELMOKRE, Pr. C. MOUATS, Dr. M. LITIM, M. MOUATS,
Dr. D. BOUDJAADAR , Dr. K. KHOUNFAIS.
Je remercie très chaleureusement mes collèges du laboratoire de corrosion et traitements de
surface: Mesdemoiselles:N.HAMMOUDA, Y. BOUDINAR, A. DILIMI, C. SAADI, M.
REMACHE, H.BOULEMCHE et Monsieur S.BRIOUA, pour leur aide.
Je remercie également Mademoiselle S.CHENIKI, L'ingénieur A.DJILANI, Madame
N.KCHIRI, Mademoiselle N.ABDENNOURI, Madame I. SOUSSA pour leur aide.
Je désire remercier tous mes amis et collèges de travail qui ont grandement contribue à
faire de mon passage une belle expérience.
Mes remerciements vont à tous ceux qui m'ont aidé de prés comme de loin pour réaliser ce
travail.
À mes parents
Pour vous mon père, pour vous ma mère
Je témoigne ma grande reconnaissance et mon profond amour que
Dieu vous garde.
À mes frères et mes sœurs.
À toute ma famille.
À tous mes amis et bien aimés.
À tous ceux qui vont collaborer à ma formation.
Résumé
La chaudière est généralement sujette au phénomène de corrosion qui lui occasionne de
dégâts importants. Dans ce travail , nous avons étudié le comportement à la corrosion de
l'acier A105 utilisé pour la fabrication des tubes vaporisateurs dans l'eau déminéralisée et
adoucie, en absence et en présence de l'hydrazine et le phosphate trisodique comme
inhibiteurs . L'effet de la température et de l'agitation ont été également étudiés.
Cette étude a été réalisée au moyen des méthodes électrochimiques stationnaires :
évolution du potentiel libre en fonction du temps, tracé des courbes de polarisation. Les
résultats obtenus montrent que l'hydrazine et le phosphate trisodique sont des bons
inhibiteurs de corrosion dans les milieux considérés. Cependant l'augmentation de la
température et de l'agitation accélère le processus de corrosion.
Mots clés: acier au carbone, eau adoucie, eau déminéralisée, corrosion, inhibiteur de
corrosion, méthodes électrochimiques stationnaires.
Abstract
The boiler is generally prone to the phenomenon of corrosion which causes significant
damage to him. In this work, we studied behaviour with the corrosion of A105 steel used
for the manufacture of the tubes vaporizers in demineralized and softened water, in
absence and in the presence of hydrazine and trisodium phosphate like inhibitors. The
effect of the temperature and the agitation in solution were also studied.
This study has been realized by mean of stationary electrochemical methods: evolution of
the free potential according to time and layout of the curves of polarization. The results
obtained show that hydrazine and the trisodium phosphate are good corrosion inhibitors in
the mediums considered. However the increase in the temperature and agitation accelerates
the process of corrosion.
Key words: carbon steel, softened water, demineralized water, corrosion, corrosion
inhibitor, stationary electrochemical methods.
‫ﻣﻠﺧص‬
‫ﻣوﻟد اﻟﺑﺧﺎر ﺑﺻﻔﺔ ﻋﺎﻣﺔ ﻋرﺿﺔ ﻟظﺎھرة اﻟﺗـﺂﻛل اﻟﺗﻲ ﺗؤدى إﻟﻰ ﺧﺳﺎﺋـر ﻛﺑﯾرة‪ .‬ﻓﻲ ھذا‬
‫اﻟﺑﺣث ﻗﻣﻧﺎ ﺑدراﺳﺔ ھﯾﺋﺔ اﻟﻔوﻻذ اﻟﻣﺳﺗﻌﻣل ﻓﻲ ﺻﻧﺎﻋﺔ أﻧﺎﺑﯾب اﻟﺗﺑﺧر ﻓﻲ اﻟﻣﺎء ﻣﻧزوع‬
‫اﻷﻣﻼح اﻟﻣﻌدﻧﯾﺔ و اﻟﻣﺎء اﻟﻌذب ‪,‬ﻓﻲ ﻏﯾﺎب و وﺟود اﻟﮭﯾدرازﯾن و اﻟﻔوﺳﻔـﺎت ﺛﻼﺛﻲ‬
‫اﻟﺻودﯾوم ﻛﻣﺛﺑطﺎت اﻟﺗﺂﻛـل‪ .‬ﻗﻣﻧﺎ أﯾﺿﺎ ﺑدراﺳﺔ ﺗﺄﺛﯾر درﺟﺔ اﻟﺣرارة و ﺗﮭﯾﯾـﺞ اﻟﻣﺣﻠول‬
‫ﻋﻠﻰ ھدا اﻟﺳﻠوك‪.‬‬
‫ﺗﻣت ھده اﻟدراﺳﺔ ﺑواﺳطﺔ اﻟطرق اﻟﻛﯾﻣﺎﺋﯾﺔ اﻟﻣﺳﺗﻘرة‪ :‬ﻣﺗﺎﺑﻌﺔ ﺗطـور ﻓرق اﻟﻛﻣون ﺑدﻻﻟﺔ‬
‫اﻟزﻣن‪ ,‬رﺳم ﻣﻧﺣﻧﯾﺎت اﻻﺳﺗﻘطﺎب‪.‬‬
‫اﻟﻧﺗﺎﺋﺞ اﻟﻣﺣﺻل ﻋﻠﯾﮭﺎ أﺛﺑﺗت ﻓﻌﺎﻟﯾﺔ اﻟﮭﯾدرازﯾن و اﻟﻔوﺳﻔـﺎت ﺛﻼﺛﻲ اﻟﺻودﯾوم ﻓﻲ ﻣﻘﺎوﻣﺔ‬
‫اﻟﺗﺂﻛل ﻏﯾر أن رﻓﻊ درﺟﺔ اﻟﺣرارة و زﯾﺎدة ﺣرﻛﺔ ﺟزﯾﺋﺎت اﻟﻣﺣﻠول ﺗؤدي إﻟﻰ زﯾﺎدة‬
‫ﺗطـور اﻟﺗﺂﻛـل‪.‬‬
‫اﻟﻛﻠﻣﺎت اﻟﻣﻔﺗﺎﺣﯾﺔ‪ :‬اﻟﻔوﻻذ‪ ,‬ﻣﺎء ﻣﻧزوع اﻷﻣﻼح اﻟﻣﻌدﻧﯾﺔ‪,‬اﻟﻣﺎء اﻟﻌذب‪,‬اﻟﺗﺂﻛـل‪ ,‬ﻣﺛﺑطﺎت اﻟﺗﺂﻛـل‪,‬‬
‫اﻟطرق اﻟﻛﯾﻣﺎﺋﯾﺔ اﻟﻣﺳﺗﻘرة‪.‬‬
Sommaire
Introduction générale…………………………………………………………………..1
Chapitre 1: Présentation d'une chaudière à combustible
1. Introduction………………………………………………………………3
2. Définition d'une chaudière….………………………………………………3
3. Principaux éléments d'une chaudière…………...……………………………3
4. Circuit eau / vapeur………………………………………………………..6
5. Circuit air/ fumée………………………………………………………….7
6. Matériau de construction……………………………………………….…..8
6.1. Composition chimique……………………………………………….…...8
6.1.1. Le fer………………………………………………………………....8
6.1.2. Le carbone……………………………………………...…….……….8
6.1.3. Eléments d’accompagnement…………………………………………....8
6.2. Différents phases du système fer- carbone…………..…………………….10
6.3. Structure des aciers……………………………………………………...12
6.4. Traitements thermiques des aciers………………………………………...13
6.5. Propriétés générales……………………………………………………..14
Chapitre2:Traitements des eaux de chaudière
1. Introduction………………………………………………………………………..15
2. Composition des eaux naturelles………………………………………………..…15
2.1. Sels minéraux……………………………………………………...……….……15
2.2. Les gaz dissous…………………………………………………….……….……15
2.3. Les matières organiques……………………………………...…………….……17
3. Mesure de la qualité de l'eau…………………………………...…………….……17
4. Ressources hydrauliques naturelles…………………………….…………….……19
4.1. Eaux de mer………………………………………………………………...……19
4.2. Eaux souterraines……………………………………………………….….…....19
5. Qualité d'eau nécessaire à l'alimentation des chaudières…………………….……21
6. Traitement des eaux de chaudière…………………………….………………...…21
6.1. Traitement de l’eau d’appoint……………………………………….…….……22
6.1.1. Prétraitements………………………………………………………..22
6.1.2. Chloration des eaux…………………………………………………...22
6.1.3. Traitement par dessalement……………………………………………23
6.1.3.1. Distillation…………………………………………………………23
6.1.3..2.Osmose inverse……………………………………………………..25
6.1.4. Déminéralisation totale………………………………………………..26
6.1.4.1. Type de résines échangeuses d'ions …………………………………..26
6.1.4.2. Installation………………………………………………………... 27
6.2. Traitement de condensats………………………………………………..28
6.3 Conditionnement de l'eau alimentaire……………………………………..29
6.3.1. Le dégazage………………………………………………………….29
3.2. Le phosphate trisodique Na3PO4…………………………………………30
7.3.3. Les produits anti –primage…………………………………………….30
7.4. Purge de déconcentration………………………………………………..31
Chapitre 3: Inconvénients provoqués par les impuretés de l’eau
1. Introduction……………………………………………………………..32
2. Corrosion………………………………………………………………..32
2.1 Morphologie de la corrosion……………………………………………..32
2.1.1. Corrosion uniforme…………………………………………………...32
2.1.2. Corrosion par piqûres…………………………………………………32
2.1.3. Corrosion intergranulaire……………………………………………...33
2.2. Corrosion dans la chaudière……………………………………………..33
2.2.1. Corrosion par l’oxygène……………………………………………….33
2.2.2. L'attaque par le dioxyde de carbone…………………………………….34
2.2.3. Corrosion galvanique………………………………………………….34
2.2.4. Corrosion caustique……………………………………………………...34
2.2.5. Corrosion -érosion …………………………………………………........35
2.2.6. Abrasion –corrosion……………………………………………………...35
2.2.7. Cavitation………………………………………………………………35
2.2.8. Fragilisation par l'hydrogène……………………………………………...36
2.2.9. Corrosion sous tartre……………………………………………………..36
2.2.10. Phénomène particuliers de la corrosion en chaudières : corrosion à haute
température……………………………………………………………….......37
2.3. Inconvénient dus à la corrosion……………………………………………..37
2. Les incrustations…………………………………………………………….38
2.1. Origine de dépôts………………………………………………………….38
2.2. Paramètres contrôlant l'entartrage…………………………………………...39
2.3. Inconvénients du tartre……………………………………………………..40
3. Le primage…………………………………………………………………41
3.1. Inconvénients……………………………………………………………..41
4. L'entraînement dans la vapeur de corps minéraux……………………………….41
Chapitre 4 : Conditions et techniques expérimentales
1. Introduction………………………….……………………………………..42
2. Matériau d'étude et milieux d'essais…….……………………………………..42
2.1. Matériau………………………….…………………………………........42
2.1.1. Composition chimique…………….……………………………………..42
2.1.2. Préparation de l'électrode de travail….…………………………….............43
2.1.3. Préparation de la surface à étudier….……………………………...…........44
2.2. Milieux….……………………………………………………………….44
2.3. Inhibiteurs.……………………………………………………………….46
3. Méthodes électrochimiques d'étude et de contrôle de la corrosion…………….......47
3.1. Suivi du potentiel libre…………………………………………………......47
3.2. Courbe de polarisation……………………………………………………..47
3.2.1. Détermination de la densité du courant de corrosion………………………....48
3.3. Mesure de la résistance de polarisation……………………………...….....48
4. Montage expérimental……………………………………….……………49
Chapitre 5 : Résultats et discussions
Partie I: Etude du comportement de l'acier A105 dans l'eau
déminéralisée
I.1. Introduction……………………………………………………………51
I.2. Conditions opératoires…………………………………………………..51
I.3. Comportement de l'acier A105 dans l'eau déminéralisée…………………….51
I.3.1. Evolution du potentiel d'abandon en fonction du temps……………………51
I.3.2. Influence de la température…………………………………………….51
I.3.3. Influence de l'agitation………………………………………………...53
I.3.4. Influence du milieu……………………………………………………54
I.3.4.1. Evolution du potentiel libre en fonction du temps……………………….54
I.3.4.2. Courbes de polarisation………………………………………………56
I.3.5. Influence de l'hydrazine sur le comportement de l'acier A105 dans l'eau
déminéralisée………………………………………………………………57
I.3.5.1. Evolution du potentiel libre en fonction du temps……………………….57
I.3.5.3. Influence de la concentration de l'hydrazine sur le pouvoir protecteur……..60
I.3.5.4. Influence de la température…………………………………………...61
I.3.5.5. Influence de l'agitation……………………………………………….62
I.3.6. Influence de Na3PO4 sur le comportement de l'acier A105 dans l'eau
déminéralisée………………………………………………………………64
3.6.1. Evolution du potentiel libre en fonction du temps………………………...64
I.3.6.3. Influence de la concentration de Na3P04 sur le pouvoir protecteur………...66
I.3.6.4. Influence de la température…………………………………………...68
I.3.6.5.Influence de l'agitation………………………………………………..69
I.3.6.6. Influence de la dureté totale (TH) sur la passivation de l'acier A105
en présence de Na3P04…………………………………………………………70
Partie II: Etude du comportement de l'acier A105 dans l'eau adoucie.
II.1. Comportement de l'acier A105 dans l'eau adoucie………………………….…71
II.1.1. Evolution du potentiel d'abandon en fonction du temps……………………...71
II.1.2. Influence de la température…………………………………………….…73
II.1.3. Influence de l'agitation…………………………………………………...74
II.1.4. Influence du milieu……………………………………………………...75
II.1.4.1. Evolution du potentiel libre en fonction du temps…………………………75
II.1.4.2. Courbes de polarisation………………………………………………...77
II.1.5. Influence de l'hydrazine sur le comportement de l'acier A105 dans l'eau
adoucie…………………………………………………………………….…78
II.1.5. Evolution du potentiel libre en fonction du temps…………………………...78
II.1.5.3. Influence de la concentration de l'hydrazine sur le pouvoir protecteur……..…81
II.1.5.4. Influence de la température……………………………………………..82
II.1.5.5. Influence de l'agitation…………………………………………….........83
II.1.6. Influence de Na3PO4 sur le comportement de l'acier A105 dans
l'eau adoucie……………………………………………………………….…84
II.1.6.1. Evolution du potentiel en fonction du temps……………………………...84
II.1.6.3. Influence de la concentration de Na3P04 sur le pouvoir protecteur…………...87
II.16.4.Influence de la température……………………………………………....88
II.1.6.5. Influence de l'agitation…………………………………………………89
Conclusion générale…………………………………………………….......…95
Références bibliographiques
Annexe
Symboles et abréviations
Cr: Chrome.
Mo: Molybdène
V: Vanadium.
Nb: Niobium.
W: Tungstène.
Ti: Titane.
C: Carbone.
Kg: kilogramme.
K: Kelvin.
W: watt.
m: mètre.
: micro.
: Ohm.
cm:centimètre.
CO2:dioxyde de carbone.
HCO3-: bicarbonate.
CO3--: carbonate.
CaCO3: carbonate de calcium.
Mg (OH)2: hydroxyde de magnésium.
H2O: molécule d'eau.
pH: potentiel d'hydrogène.
Ca2+: ion calcium.
Mg2+: ion magnésium.
TH: dureté totale.
TA:titre alcalimétrique.
TAC: titre alcalimétrique complet.
PO43-: ion phosphate.
OH-: ion hydroxyde.
COT: Carbone Organique Total.
g:gramme
L: litre
°f: degré français.
Cl-: ion chlorure.
SiO2:la silice.
Fe: fer.
Cu:cuivre.
S:Siemens.
NaOCl : hypochlorite de sodium.
HOCl : acide hypochloreux.
Na+: ion sodium.
H2R: résine acide.
R`(OH)2: résine basique.
CF: résine cationique forte.
AF: résine anionique forte.
SO—4:ion sulfate.
H2CO3: acide carbonique.
CaSO4: sulfate de calcium.
H2SO4: acide sulfurique.
HCl: acide chlorhydrique.
NaOH:hydroxyde de sodium.
Na2SO4:sulfate de sodium.
Ca (HCO3)2: bicarbonate de calcium.
Mg (HCO3)2: bicarbonate de magnesium.
Mg SO4: sulfate de magnesium.
CaCl2: chlorure de calcium.
Mg Cl2: chlorure de magnésium.
NaCl: chlorure de sodium.
Na2SO3:sulfite de sodium.
O2: oxygène.
N2H4: hydrazine.
N2: azote.
Na3PO4:phosphate trisodique.
Ca3 (PO4)2: phosphate de calcium.
Na2CO3:carbonate de sodium.
H: hydrogène.
Fe3O4:magnétite.
NaFeO2:ferrite de sodium.
Na2FeO2: hypoferrite de sodium.
Fe (OH)2:hydroxyde ferreux.
Max: maximum.
E: potentiel.
ΔE:différence de potentiel.
Δi: différence de courant.
Rp: résistance de polarisation.
ba et bc : pentes de Tafel.
icorr, densité de courant de dissolution.
Ag /AgCl: électrode de référence Argent /chlorure d'argent.
Ecorr : potentiel de dissolution.
E i=0: potentiel à courant nul.
V: Volt.
A: Ampère.
Log: logarithme décimal.
mV: millivolt.
mn: minute.
K': constante.
V corr: vitesse de corrosion.
t: temps.
F: constante de Faraday.
ρ:densité du métal
n: valence
T: température.
°C:degré Celsius.
ppm: partie par mille.
M:molarité.
H3PO4:acide phosphorique.
Liste des figures
Figure 1 : Principaux éléments d'une chaudière à combustible……………………….5
Figure 2 : Circuit eau / vapeur……………………………………………………..….6
Figure 3 : Circuit air / fumée………………………………………………………….7
Figure 4: Diagramme fer-carbone……………………………………………..…….11
Figure 5:traitement des eaux de chaudière…………………………….…………….21
Figure 6: Principe de fonctionnement d'un système par détentes successives (MSF) à
3 étages ……………………………………………………………………………...24
Figure7 : distillation à multiple effet…………………………………..…………….25
Figure8 : principe de l'osmose et de l'osmose inverse……………………………….26
Figure 9: déminéralisation totale…………………………………………………….28
Figure 10: Corrosion en milieu aéré……………………………………...………….33
Figure11 : attaque par cavitation…………………………………………………… 36
Figure12:
Seuil
de
précipitation
des
sels
de
calcium
:
courbes
de
solubilité………………………………………………………………………..…….39
Figure13:Perte
de
rendement
en
fonction
de
l'épaisseur
de
tartre………………………………………………………………………………….40
Figure 14: Préparation de l'électrode de travail……………………………………...43
Figure 15: Adoucissement de l'eau………………………………………………….45
Figure 16: détermination du courant de corrosion par la méthode des droites de
Tafel………………………………………………………………………………….48
Figure 17: mesure de la résistance de polarisation…………………………………..49
Figure18 : montage à trois électrodes pour le tracé des courbes de polarisation……50
Figure19: Evolution du potentiel libre en fonction du temps de l'acier A105 immergé
dans l'eau déminéralisée……………………………………………………………...53
Figure 20:courbes de polarisation obtenues pour l'acier A105 immergé dans l'eau
déminéralisée à différentes températures…………………………………………….54
Figure 21: courbes de polarisation obtenues pour l'acier A105 immergé dans l'eau
déminéralisée sans et avec agitation………………………………………………….55
Figure22 : évolution du potentiel libre en fonction du temps de l'acier A105 immergé
dans l'eau déminéralisée, eau distillée, eau de mer…………………………………..57
Figure23: courbes de polarisation obtenues pour l'acier A105 immergé dans l'eau
déminéralisée, eau distillée, eau de mer……………………………………………...58
dans l'eau déminéralisée en présence de N2H4 à différentes concentrations………..60
Figure25:courbes de polarisation obtenues pour l'acier A105 immergé dans l'eau
déminéralisée en présence de N2H4 à différentes concentrations………………….....61
Figure 26:relation entre le icorr et le pH de l'eau déminéralisée en présence de
N2H4………………………………………………………………………………….63
déminéralisée à 2,815.10-3M de N2H4 , à différentes températures………………….64
déminéralisée à 2,815.10-3M de N2H4 , en absence et en présence de l'agitation…...65
Figure 29: Evolution du potentiel libre en fonction du temps de l'acier A105 immergé
dans l'eau déminéralisée en présence de Na3PO4 à différentes concentrations……....68
déminéralisée en présence de Na3PO4 à différentes concentrations………………….69
Figure 31:relation entre le icorr et le pH de l'eau déminéralisée en présence Na3P04...70
déminéralisée à 30ppm de Na3P04, à différentes températures……………………...71
déminéralisée à 30ppm de Na3P04, en absence et en présence de l'agitation………..72
Figure34:courbe de polarisation obtenues pour l'acier A105 immergé dans l'eau
déminéralisée à 30ppm de Na3P04…………………………………………………...73
Figure35:courbe de polarisation obtenues pour l'acier A105 immergé dans l'eau
distillée à 30ppm de Na3P04………………………………………………………....74
dans l'eau adoucie…………………………………………………………………….76
adoucie à différentes températures…………………………………………………...77
adoucie sans et avec agitation………………………………………………………..78
Figure39 : évolution du potentiel libre en fonction du temps de l'acier A105 immergé
dans l'eau adoucie et eau souterraine………………………………………………...80
Figure 40: évolution du potentiel libre en fonction du temps de l'acier A105 immergé
dans l'eau adoucie, eau souterraine…………………………………………………..81
dans l'eau adoucie en présence de N2H4 à différentes concentrations………………..83
Figure 42 : courbes de polarisation obtenues pour l'acier A105 immergé dans l'eau
adoucie en présence de N2H4 à différente concentration…………………………….84
Figure43:relation entre le icorr et le pH de l'eau adoucie en présence de N2H4……....85
adoucie à 8,44.10-3M de N2H4, à différentes températures…………………………..86
adoucie à 8,44.10-3M de N2H4 , en absence et en présence de l'agitation……………87
dans l'eau adoucie en présence de Na3PO4 à différentes concentrations……………..89
adoucie en présence de Na3PO4 à différentes concentrations………………………..90
Figure48:relation entre le icorr et le pH de l'eau déminéralisée en présence Na3P04…92
adoucie à 50 ppm de Na3P04, à différentes températures…………………………....92
adoucie à 50 ppm de Na3P04, en absence et en présence de l'agitation……………...93
Liste des tableaux
Tableau 1 : propriétés physiques du fer…………………………………………………..14
Tableau 2: Concentration des différents ions d'une eau de mer…………………………..19
Tableau 3: caractéristiques des eaux souterraines………………………………………...20
Tableau 4 : Caractéristiques des eaux de chaudière (valeurs courantes)………………....21
Tableau 5 : composition chimique de l'alliage A105……………………………………..42
Tableau 6: caractéristiques des milieux……………………………………………….….46
Tableau 7: Evolution du potentiel libre en fonction du temps de l'acier A105 immergé
dans l'eau déminéralisée…………………………………………………………………...52
Tableau 8: valeurs du potentiel à courant nul de l'acier A105 dans l'eau déminéralisée en
fonction de la température………………………………………………………………...54.
Tableau 9: paramètres électrochimiques de l'acier A105 dans l'eau déminéralisée sans et
avec agitation………………………………………………………………………………55
Tableau 10: évolution du potentiel libre en fonction du temps de l'acier A105 dans l'eau
déminéralisée, eau distillée, eau de mer…………………………………………………...56
Tableau11 : évolution du potentiel libre en fonction du temps de l'acier A105 dans l'eau
déminéralisée en présence de l'hydrazine à différentes concentrations…………………...59
Tableau12: valeurs du (E
i=0
et icorr obtenues pour l'acier A105 immergé dans l'eau
déminéralisée en présence de N2H4 à différentes concentrations………………………….61
Tableau13 : paramètres électrochimiques de l'acier A105 dans l'eau déminéralisée sans et
avec addition de N2H4……………………………………………………………………..62
Tableau14 : variation du pH et icorr de l'eau déminéralisée en fonction de la concentration
deN2H4……………………………………………………………………………………..63
Tableau 15: valeurs du potentiel à courant nul de l'acier A105 dans l'eau déminéralisée à
2,815.10-3M de N2H4 en fonction de la température………………………………………64
Tableau 16:paramètres électrochimiques de l'acier A105 dans l'eau déminéralisée à
2,815.10-3M de N2H4 ,sans et avec agitation………………………………………………65
Tableau 17 : évolution du potentiel libre en fonction du temps de l'acier A105 dans l'eau
déminéralisée en présence de Na3PO4 à différentes concentrations……………………….67
Tableau 18 :valeurs du (E
i=0)
déminéralisée en présence de Na3PO4 à différentes concentrations……………………….69
Tableau19 : paramètres électrochimiques de l'acier A105 dans l'eau déminéralisée sans et
avec addition de Na3P04 …………………………………………………………………..70
Tableau20 : variation du pH et icorr de l'eau déminéralisée en fonction de la concentration
deNa3P04…………………………………………………………………………………...70
Tableau 21: valeurs du potentiel à courant nul de l'acier A105 dans l'eau déminéralisée à
30ppm de Na3P04 en fonction de la température………………………………………….72
Tableau 22:paramètres électrochimiques de l'acier A105 dans l'eau déminéralisée à 30ppm
de Na3P04, sans et avec agitation…………………………………………………………..72
dans l'eau adoucie………………………………………………………………………….75
Tableau 24: valeurs du potentiel à courant nul de l'acier A105 dans l'eau adoucie en
fonction de la température…………………………………………………………………77
Tableau 25: paramètres électrochimiques de l'acier A105 dans l'eau adoucie sans et avec
agitation……………………………………………………………………………………78
Tableau 26: évolution du potentiel libre en fonction du temps de l'acier A105 dans l'eau
adoucie et eau souterraine…………………………………………………………………79
Tableau27 : évolution du potentiel libre en fonction du temps de l'acier A105 dans l'eau
adoucie en présence de l'hydrazine à différentes concentrations………………………….82
Tableau28: valeurs du (Ei=0) et icorr obtenues pour l'acier A105 immergé dans l'eau adoucie
en présence de N2H4 à différentes concentrations…………………………………………84
Tableau 29 : paramètres électrochimiques de l'acier A105 dans l'eau adoucie sans et avec
addition de N2H4……………………………………………………………………………85
Tableau30 : variation du pH et icorr de l'eau adoucie en fonction de la concentration de
N2H4…………………………………………………………………………………….... 85
Tableau 31: valeurs du potentiel à courant nul de l'acier A105 dans l'eau adoucie à
8,44.10-3M de N2H4 en fonction de la température………………………………………..86
Tableau 32:influence de l'agitation sur les valeurs du potentiel (Ei=0) et de icorr de l'acier
A105 dans l'eau adoucie à 8,44.10-3M de N2H4…………………………………………...87
Tableau 33 : évolution du potentiel libre en fonction du temps de l'acier A105 dans l'eau
adoucie en présence de Na3PO4 à différentes concentrations……………………………..88
Tableau 34 : valeurs du (E
i=0),
adoucie en présence de Na3PO4 à différentes concentrations……………………………..90
Tableau 35: paramètres électrochimiques de l'acier A105 dans l'eau adoucie sans et avec
addition de Na3P04. ………………………………………………………………………..91
Tableau 36: variation du pH et icorr de l'eau adoucie en fonction de la concentration de
Na3P04……………………………………………………………………………………..91
Tableau 37: valeurs du potentiel à courant nul de l'acier A105 dans l'eau l'eau adoucie à 50
ppm de Na3P04 en fonction de la température…………………………………………….93
Tableau 38:influence de l'agitation sur les valeurs du potentiel (E i=0) de l'acier A105 dans
l'eau adoucie à 50 ppm de Na3P04………………………………………………….…….94
Introduction générale
L'eau, lors de son transport ou son utilisation dans les installations de chauffage peut
causer aux différents matériaux avec lesquels elle est en contact des altérations de diverses
natures dont les plus fréquentes : la corrosion et l'entartrage. Ces deux phénomènes sont
particulièrement dangereux car ils peuvent conduire à des ruptures et des explosions qui
mettent en péril la durée de vie de l'installation, augmentent les coûts d'exploitation et
entraînent des problèmes de sécurité et de perte de vie.
Afin de réduire les dégâts occasionnés par l'eau et pour garantir un fonctionnement
optimisé de la chaudière et des équipements auxiliaires, il est indispensable que les eaux
d'alimentation soient dépourvues des sels minéraux , de gaz en particulier l'oxygène et le
dioxyde de carbone et débarrassées des matières en suspension.
Pour toutes ces raisons, il ne suffit pas seulement de pomper l'eau du réservoir, mais encore
il faut la traiter avant d'arriver à la chaudière. Les méthodes de traitement sont très
variables selon la composition de l'eau brute. D'une manière générale l'eau doit être
débarrassée des matières solides en suspension, dessalée, déminéralisée, dégazée puis
conditionnée par addition d'espèces réductrices.
L'objectif de ce travail est l'étude du comportement à la corrosion d'un acier au carbone de
nuance A105 utilisé pour la fabrication des tubes vaporisateurs d'une chaudière à
combustible dans l'eau déminéralisée et adoucie, par les techniques électrochimiques
stationnaires.
Dans le premier chapitre nous présentons tout d'abord les principaux constituants d'une
chaudière à combustible et son matériau de construction.
Le second chapitre décrit le traitement le plus adapté de l'eau alimentaire.
Dans le troisième chapitre nous présentons les difficultés posées par les impuretés de l'eau
ou de la vapeur dans les échangeurs de chaleur.
1
Introduction générale
Le matériau étudié et les milieux d'essais utilisés dans notre travail sont décrits dans le
quatrième chapitre, le dispositif expérimental et le protocole retenu pour les mesures
électrochimiques sont également pricisés.
Les résultats expérimentaux sont regroupés dans le cinquième chapitre qui est scindé en
deux parties :
La première partie décrit le comportement de l'acier A105 vis-à-vis de la corrosion dans
l'eau déminéralisée utilisée pour alimenter les chaudières de la société nationale de
pétrochimie. Nous avons conduit nos essais en absence et en présence de l'hydrazine et du
phosphate trisodique comme inhibiteurs minéraux.
La deuxième partie est consacrée à l'étude du comportement du même alliage dans l'eau
adoucie utilisée pour alimenter les chaudières de l'entreprise ENAJUC de Ramdane
Djamel. Les tests ont été conduits dans les mêmes conditions opératoires que la première
partie.
Nous avons dans la conclusion générale résumé l'ensemble des résultats obtenus et propose
quelques perspectives.
2
Chapitre 1
Présentation d'une chaudière à combustible
Introduction
Dans l'industrie moderne, les chaudières occupent un rôle essentiel dans la plupart des
applications industrielles et sont devenues un critère important dans l'investissement des
centrales thermiques.
Elles sont, dans le monde entier, l'objet d'une évolution technologique considérable, par
suite d'un développement de leur application dans divers domaines : chimie, pétrochimie,
industrie agroalimentaire, production d'énergie électrique…
2. Définition d'une chaudière
Une chaudière est un dispositif permettant de chauffer l'eau et de produire de la vapeur par
transmission de l'énergie apparaissant sous forme de chaleur à de l'eau .De plus, les
chaudières à vapeur de grande puissance sont en général associées à une turbine à vapeur
pour produire de l'énergie électrique [1].
3. Principaux éléments d'une chaudière
D'un point de vue très schématique, une chaudière à combustible peut se ramener à:
 un foyer servant à convertir l'énergie potentielle contenue dans le combustible (pouvoir
calorifique) en gaz chauds et en rayonnement ;
 des échangeurs utilisés principalement pour transférer l'énergie contenue dans ces gaz à
de l'eau sous forme liquide ou vapeur .Les principaux échangeurs sont les suivants [2] :
 L'économiseur
Il extrait des gaz d'échappement de la chaudière la chaleur en excès, que la chaudière elle
même ne peut plus absorber [3].
L'économiseur est généralement constitué de tubes à ailettes ou de tubes lisses. Il est
généralement situé sur le parcours des fumées entre le dernier surchauffeur ou
resurchauffeur et le réchauffeur d'air [2].
 Les vaporisateurs
Ils assurent la fin de l'échauffement de l'eau et la production de la vapeur .Les
vaporisateurs sont généralement constitués par les écrans soudés de la chaudière mais
3
Chapitre 1
doivent parfois être complétés par des faisceaux [2].La circulation de l'eau dans ces tubes
se fait naturellement à peu près en même temps que la production de vapeur. Elle repose
sur la différence de poids qui existe entre le tube de descente plein d'eau et la colonne
montante remplie du mélange eau –vapeur plus léger [3].
 Les surchauffeurs
Le surchauffeur est généralement situé sur le parcours de fumées entre la sortie du foyer et
l'économiseur [2], il ne reçoit que de la vapeur plus ou moins sèche, à laquelle il ajoute de
la chaleur [4].
Son but est, pour les turbines, d'améliorer leur rendement global tout en préservant de
l'érosion leurs ailettes, puisque aucune présence de gouttelettes d'eau n'est possible dans la
vapeur surchauffée .Pour les réseaux de grande longueur la vapeur surchauffée réduit ou
évite la présence de condensats qui ne peuvent se former que si la vapeur est saturée .Cela
permet de réduire les pertes thermiques parasites dues au refroidissement des tuyauteries
[4].
 Les resurchauffeurs
Ils ont un rôle identique à celui des surchauffeurs, à savoir élever la température de la
vapeur resurchauffée provenant de la turbine [2].
 Les désurchauffeurs
Ils sont destinés à refroidir et à moduler la température de la vapeur surchauffée ou
resurchauffée, ils sont rarement tubulaires mais généralement assimilables à des
échangeurs par mélange puisqu'ils procèdent par injection d'eau dans la vapeur.
 Les autres échangeurs associés à la chaudière : non directement en liaison avec
l'eau ou la vapeur du cycle, ils n'en sont pas moins indispensables au bon fonctionnement
de l'installation.
 Le réchauffeur d'air
C'est un échangeur air de combustion /gaz de combustion [2] .L'avantage technique du
réchauffage de l'air réside dans le fait qu'il amoindrit la perte par la cheminée et qu'il élève
en outre la valeur de la température des gaz de combustion ou du foyer [3].
4
Chapitre 1
 Le préchauffeur d'air
Dans le but principal de protéger le réchauffeur d'air et les gaines de fumées placées en
aval des risques de corrosion par condensation d'acide, il est nécessaire de préchauffer de
quelques dizaines de degrés l'air entrant dans le réchauffeur d'air .Cette fonction est
assurée généralement par un échangeur à tubes ailettés où l'air est réchauffé par de la
vapeur ou de l'eau [2].
La figure 1 permet de visualiser les différents éléments constituant la chaudière.
Surchauffeur secondaire
Resurchauffeur
Turbine
Réservoir
Surchauffeur primaire
Faisceaux
vaporisateurs
Economiseur
Eau d'alimentation
Brûleurs
Réchauffeur d'air
Figure 1 : Principaux éléments d'une chaudière à combustible [5].
5
Chapitre 1
4. Circuit eau / vapeur
Dans le parcours de l'eau chauffée et vaporisée dans la chaudière, il faut distinguer
plusieurs zones différentes:
Celle de l'eau, où l'eau d'alimentation est progressivement réchauffée dans l'économiseur
pour aboutir à une température un peu inférieure à celle de la saturation dans un réservoir,
ou directement dans la zone de vaporisation.
Une partie de l'eau est dérivée avant son entrée dans l'économiseur, dans un circuit annexe,
et injectée dans de la vapeur surchauffée pour régler la température de la vapeur à la sortie
du dernier surchauffeur. L'injection de cette eau de désurchauffe dans la vapeur se fait par
pulvérisation dans le désurchauffeur.
Celle de vaporisation, où les bulles de vapeur sont générées en quantité de plus en plus
grande, ce mélange d'eau et de vapeur étant appelé émulsion.
Celle de la vapeur saturée, qui soit du réservoir ou de l'extrémité du circuit vaporisant.
Elle passe ensuite dans le surchauffeur, dans lequel la vapeur s'échauffe progressivement.
Le resurchauffeur permet d'élever la température de vapeur envoyée à moyenne pression
depuis la turbine jusqu'à une valeur en général égale à celle de sortie de la vapeur
surchauffée [1].
Figure 2 : Circuit eau / vapeur [5].
5. Circuit air/ fumée
6
Chapitre 1
Les produits de la combustion sortent du foyer sous forme de fumées et passent à travers
des échangeurs qui transfèrent leur chaleur à de la vapeur saturée pour la surchauffer dans
des surchauffeurs et des resurchauffeurs et progressivement, dans la mesure où la
température des fumées diminue, vers des faisceaux vaporisateurs et vers l'économiseur.
Les fumées passent ensuite dans le réchauffeur d'air, dans un dépoussiéreur et sont
extraites par un ventilateur dit de tirage avant d'être rejetées dans l'atmosphère par une
cheminée [1].
.
Figure 3 : Circuit air / fumée [5].
6. Matériau de construction
7
Chapitre 1
Les tubes de la chaudière véhiculant l’eau et la vapeur sont en général constitués d’acier au
carbone 6. Celui-ci est un alliage de fer et de carbone , dont le fer est l’élément
prédominant, sa teneur en carbone est généralement inférieure à 2%.Il contient en outre
d’autres éléments ou impuretés qui influent sur ces propriétés[7] [8].
6.1. Composition chimique
6.1.1. Le fer
Le fer existe sous deux variétés allotropiques qui diffèrent par leur pouvoir de dissolution
du carbone, ou leur structure cristalline.
-à basses températures le réseau cristallin du fer est cubique à face centré (fer) et la
solubilité du carbone est très faible (elle ne dépasse pas 0,02%).
-à hautes températures le réseau cristallin du fer est cubique à faces centrées (fer) et la
solubilité du carbone peut alors atteindre 2% en masse 7.
6.1.2. Le carbone
Le carbone est un constituant essentiel9, sa présence confère aux aciers leurs propriétés
10. De façon générale, l’augmentation de la teneur en carbone à pour résultats :
- le relèvement de la dureté ;
- la diminution de la densité de l’acier ;
- la diminution de la conductibilité thermique ;
- l’élévation de la sensibilité à la trempe ;
- la dégradation de la soudabilité 8[9].
6.1.3. Eléments d’accompagnement
L’acier n’est pas un alliage fer-carbone pur ; un certain nombre d’éléments sont toujours
présents, soit qu’ils proviennent des minerais, soit qu’ils sont nécessaires pour améliorer
certaines caractéristiques.
8
Chapitre 1
a)Eléments d’addition et d’alliage
 Silicium
-augmentation des caractéristiques mécaniques.
-amélioration de la tenue à la corrosion9.
 Manganèse
Le manganèse renforce sensiblement la résistance sans diminuer pratiquement la
plasticité8.
 Cuivre
Pour augmenter les caractéristiques mécaniques et pour modifier la tenue à la corrosion
[10].
 Nickel
-amélioration de la tenue à la corrosion.
-réduction de la fragilité à basses températures 9.
 Chrome
Pour augmenter les caractéristiques à l’ambiante et la tenue à chaud 10.
 Aluminium
C’est un agent d’affinement du grain 9.
 vanadium
-augmentation des caractéristiques mécaniques 9.
b) Impuretés
Les processus d’élaboration des produits s’efforcent généralement de les éliminer ou d’en
réduire la valeur aussi faible que possible. On cite ci-dessous les trois principales, avec
leurs effets négatifs.
9
Chapitre 1
 Phosphore
-grossissement du grain entraînant la fragilité à froid.
-effets de ségrégation chimique.
-baisse de la soudabilité9.
 Azote et oxygène
L’azote et l’oxygène sont contenus dans un acier sous forme d’inclusions non métalliques
Les inclusions d’insertion (azote, oxygène), en se concentrant aux joints des grains,
forment le long de ces joints des nitrures et des oxydes, en élevant ainsi le seuil de fragilité
à froid 8.
 Soufre
-diminution de la resilience.
-augmentation des hétérogénéités.
-baisse de la forgéabilité 9.
6.2. Différentes phases du système fer- carbone
 La ferrite
La ferrite est une solution solide de carbone et d’autres inclusions dans le fer α .On
distingue la ferrite α à basse température à solubilité du carbone allant jusqu'à 0,02%, et la
ferrite  à haute température à solubilité limite de 0,1% [8].
La ferrite a l'aspect de grains homogène polyédriques [8].Elle est relativement douce, peu
tenace, mais très ductile et très résiliente [11].
 L'austénite
L’austénite est une solution solide de carbone et d’autres inclusions dans le fer  .Sa
microstructure est composée de grains polyédriques [8].
 La cémentite (carbure de fer Fe3C)
La cémentite est une combinaison chimique du fer et du carbone très dure .Elle cristallise
dans un système rhombique compliqué à empilement compact [11].
10
Chapitre 1
Figure 4: Diagramme fer-carbone [7].
11
Chapitre 1
6.3. Structure des aciers
La structure se constitue lors de refroidissement de l’acier à partir de l’état liquide.

Au cours d’un refroidissement relativement lent, l’acier se transforme partiellement
ou totalement en perlite .Celle-ci est un agrégat de grains relativement fins de ferrite et de
carbures de fer Fe3C ou des éléments tels (Cr, Mo, V, Nb ,W, Ti) [7].Elle se présente
généralement sous forme lamellaire ; chaque grain est formé de lamelles alternées de
ferrite et de cémentite. Elle existe aussi sous forme globulaire, oŭ la cémentite apparaît en
petits grains blancs de contour noir sur un fond de ferrite [11]. Sa teneur massique
moyenne en carbone correspond à la limite de solubilité du carbone dans le fer au moment
de sa formation. Suivant sa composition, un acier peut alors être constitué de grains de
perlite accompagnées d'autres types de grains [7] :
a) Des grains de ferrite formés avant la perlite (ferrite proeutectoïde) si l'acier est
hypoeutectoïde (0C0,85).
b) Des grains de carbures formés avant la perlite (cémentite ou carbures proeutectoïdes)
si l'acier est hypereutectoïde(0,85C1,7) [7] [11].

Au cours de refroidissements moins lents, l’acier se transforme en bainite et le
carbone précipite sous forme de carbure de fer Fe3C dont les particules sont mêlées à celles
de la ferrite.

Au cours de refroidissements rapides, l’acier se transforme en martensite, le carbone
ne précipite pas ; il reste dispersé à l’état atomique dans le réseau du fer qui, de ce fait, est
devenu tétragonal [7].
12
Chapitre 1
6.4. Traitements thermiques des aciers
Les traitements thermiques sont des opérations de chauffage suivi de refroidissement qui
ont pour but de donner à une pièce métallique les propriétés les plus convenables pour son
emploi ou sa mise en forme.
D'une façon générale, un traitement thermique ne modifié pas la composition chimique de
l'alliage .Mais il peut apporter des modifications relatives aux trois points de vue suivants:
a)Constitution (état du carbone, et forme allotropique du fer);
b) Structure (grosseur du grain et répartition des constituants);
c) Caractéristiques mécaniques [11].
Les principaux modes de traitement thermique sont:
 trempe
Il s'agit d'un refroidissement assez rapide de façon à figer l'état microstructural réalisé par
le recuit en évitant toute transformation structurale durant le refroidissement [12].
La trempe est utilisée pour améliorer les qualités d'emploi de l'acier en lui donnant une
meilleure ténacité [11].
 revenu
La trempe est habituellement suivie d'un revenu qui consiste en un chauffage avec
maintien de durée suffisante, suivi d'un refroidissement relativement rapide [11] .Son but
est l'obtention des propriétés mécaniques requises [8].
 recuit
Il comporte un chauffage et un maintien à une température appropriée dans le but de
produire un état du métal plus stable .On doit notamment distinguer le recuit
d'homogénéisation qui a pour but d'atténuer les ségrégations résultant de l'élaboration et le
recuit de recristallisation pour obtenir des grains de taille homogène et fine [12].
13
Chapitre 1
6.5. Propriétés générales

Les propriétés physiques des aciers sont dans les grandes lignes celle du fer, sauf pour
les propriétés de transport, donc la conductivité thermique et électrique. Pour ces dernières,
leur valeur diminue plus la teneur en éléments d’alliage est élevée [13].
Tableau 1 : propriétés physiques du fer [7]
Caractéristiques
Temperature (°C)
Valeur
Masse volumique
20
7870 kg/m3
Coefficient de dilatation
20
11,2.10-6 K-1
Capacité thermique massique
20
444 J.kg-1K-1
Conductivité thermique
20
73,3 W m-1.K-1
Résistivité
20
10,1 µ.cm

L’acier est un métal ductile : il peut subir des changements de forme par compression
ou extension à chaud ou à froid.

L’acier est caractérisé par une propriété fondamentale : il " prend la trempe" c'est-à-dire
qu’il est susceptible d’acquérir une grande dureté lorsqu’il est chauffé à une température
suffisamment élevée et refroidi à une vitesse assez grande .

un des défauts majeurs des aciers ordinaires est l’altération par l’action de l’atmosphère
et, plus encore, par l’action des divers produits au contact desquels ils peuvent se trouver
[14].
14
Chapitre2
Traitements des eaux de chaudière
1. Introduction
Dans les usines de production de vapeur, l'eau d'alimentation des chaudières doit être pure
pour être compatible avec tous les matériaux utilisés dans tous les circuits et les
équipements. Toutefois l'eau à l'état naturel superficielle ou souterraine, n'est jamais"pure";
c'est un milieu vivant qui se charge très rapidement de divers éléments en contact des
milieux qu'elle traverse et sur lesquels elle ruisselle.
Le traitement des eaux des chaudières est donc une étape indispensable pour obtenir la
qualité d'eau alimentaire désirée.
2. Composition des eaux naturelles
2.1. Sels minéraux
Ce sont essentiellement des composés ioniques, anions et cations, qui proviennent de la
dissolution des roches dans l'eau qui circule à leur contact. Les principaux anions et cations
contenus dans une eau sont les suivant [15]:
anions
cations
carbonates
calcium
bicarbonates
magnésium
sulfates
de
sodium
chlorures
Potassium
nitrates , etc
ammonium,etc.
2.2. Les gaz dissous
 Oxygène dissous
L'oxygène, toujours présent dans l'eau, n'en est pas un élément constitutif, sa solubilité est
fonction de la température et de la pression partielle dans l'atmosphère et de la salinité.
L'oxygène dissous conserve ses propriétés oxydantes, d’où son importances dans les
phénomènes de corrosion.
15
Chapitre2
 Le CO2
La répartition de l'anhydride carbonique dans les eaux est la suivante [16]:
Dans ce schéma
CO2 total: représente la somme des espèces carbonatées:
CO2 dissous moléculaire, H2CO3, HCO-3 et CO3--.
CO2 libre est la somme de:
CO2dissous moléculaire à l’état de microbulles et H2CO3 c’est-à-dire en fait le CO2
dissous.
CO2 des bicarbonates est la somme de:
HCO-3 et CO3-CO2 libre équilibrant est la fraction de CO2 dissous (non combiné en HCO-3 ou CO3--)
juste nécessaire pour qu'il n'y ait ni dissolution ni précipitation de carbonate de calcium.
CO2 libre agressif est la fraction de CO2 dissous présente dans l'eau en excès par rapport
au CO2 équilibrant et qui confère à l'eau son caractère agressif [17].
 Equilibre d'une eau
Dans les eaux naturelles, les carbonates et des bicarbonates de calcium et de magnésium,se
trouvent en équilibre avec le CO2 suivant les équations ci-après [18 ]:
Ca(HCO 3 )2  CaCO 3  CO 2  H 2O
(1)
Mg(HCO 3 )2  Mg(OH)2  2CO 2
(2)
16
Chapitre2
Toute variation dans la teneur en CO2 déplacera les équilibres:
- si l'eau renferme une dose de CO2 supérieure à celle correspondant à l'équilibre, la teneur
supplémentaire en CO2 constitue ce que l'on appelle le CO2 agressif. Une telle eau sera
alors agressive.
- si l'eau renferme une dose de CO2 inférieure à celle de l'équilibre .Il y aura
une
transformation des bicarbonates solubles en carbonates insolubles qui précipiteront [18]
[19].
2.3. Les matières organiques
Ce sont, par définition, des composés du carbone, de l'hydrogène ,de l'oxygène et de
l'azote .Ces matières proviennent soit de l'érosion des sols,soit de la décomposition de
matières animales ou végitales qui se retrouvent dans l'eau [20].
3. Mesure de la qualité de l'eau
 pH
Le pH =-log (H+),il varie de 0 à 14.Il exprime l'acidité ou la basicité .La neutralité est
acquise pour un pH voisin de 7. En dessous, on tend vers l'acidité, au dessus vers la
basicité [4].
 la dureté
La dureté d'une eau est due à la présence d'ions métalliques bivalents, les plus abondants
étant les ions Ca 2+ et Mg2+.
 Type de dureté:
-la dureté calcique correspond seulement aux ions calcium.
-la dureté magnésienne correspond seulement aux ions magnésium.
-TH totale est la somme de la dureté calcique et magnésiennes.
-La dureté carbonatée ou temporaire
La dureté carbonatée correspond à la partie de la dureté totale, chimiquement équivalente à
la quantité de bicarbonates présents dans une eau.
-la dureté non carbonatée ou permanente
Ce type de dureté est en général associe aux sulfates, chlorures, nitrates. On ne peut pas
l'éliminer ou faire précipiter par ébullition. 21.
17
Chapitre2
 alcalinité
L'alcalinité d'une eau correspond à la présence d'hydrogenocarbonates (HCO3-), de
carbonates (CO3--), d'ions hydroxydes (OH-) et d'une façon plus limitée aux ions silicates
(HSiO3--), phosphates(PO43-) [16].On distingue :
-le titre alcalimétrique (TA)
Le TA mesure la somme hydroxydes (OH-) et la moitié des carbonates (CO2-3).
-Le titre alcalimétrique complet (TAC)
Pour une eau naturelle:
TAC  (OH  )  (CO 23 )  bicarbonates(HCO 3 )
Pour une eau de chaudière :
2
TAC  (OH  )  (CO 23 )  (HCO 3 )  PO 43 [4] .
3
 Salinité
C’est la quantité totale des sels solubles. Le contrôle de La salinité peut se faire avec une
bonne approche en mesurant la résistivité de l'eau.
résistivité > 10000 Ω . cm : minéralisation très faible.
5000 Ω . cm < résistivité < 10000 Ω . cm : minéralisation faible.
3000 Ω . cm < résistivité < 5000 Ω . cm : minéralisation moyenne.
1500 Ω . cm < résistivité < 3000 Ω . cm : minéralisation moyenne accentuée
1000 Ω . cm < résistivité < 1500 Ω . cm : minéralisation importante.
résistivité < 1000 Ω . cm minéralisation élevée [16].
 Le C.O.T
Indique la présence de matières organiques dissoutes [4].
18
Chapitre2
4. Ressources hydrauliques naturelles
4.1. Eaux de mer
Ces eaux sont caractérisées par un pH moyen variant entre 7,5 et 8,4 et une salinité
importante qui peut varier selon les origines [22] [23].
Le tableau 2 présente les concentrations des principaux ions qu'on retrouve dans une eau de
mer. Ces quantités valables pour une eau dont la salinité est de 34500 mg/L, peuvent être
considérées comme les teneurs moyennes des océans.
Tableau 2: Concentration des différents ions d'une eau de mer [21].
Salinité
Quantité totale de matières
(g/L)
en solution (%)
Anions
Chlorures
Sulfates
Bicarbonates
Bromures
Fluorures
Acide borique
18,98
2,65
0,140
0,065
0,0013
0,0260
55,04
7,68
0,41
0,19
0,00
0,07
Cations
Sodium
Magnésium
Calcium
Potassium
Strontium
10,56
1,27
0,40
0,38
0,013
30,61
3,69
1,16
1,10
0,04
34,5
99,99
Type d'ions
total
4.2. Eaux souterraines
Les eaux qui ne sont ni réévaporées, ni retournées à la mer par ruissellement s'infiltrent
dans le sol et le sous sol et s'y accumulent pour constituer les eaux souterraines [15].
Les principales caractéristiques de ces eaux sont représentées dans le tableau 3:
19
Chapitre2
Tableau 3: caractéristiques des eaux souterraines [24].
caractéristiques
Température
eaux souterraines
Relativement constante
Turbidité
Faible ou nulle sauf en terrain fissuré
Matières en suspension
(MES)
Couleur
Liées surtout aux éléments en solution
Minéralisation globale
Fer et Manganèse dissous
Sensiblement constante.
En général nettement plus élevée que dans les eaux
de surface de la même région.
Généralement présent
Gaz carbonique agressif
Souvent présent
Oxygène dissous
Généralement absent
Sulfure d'hydrogène
Souvent présent
Ammoniaque
Présent fréquemment sans être un indice
systématique de pollution bactérienne
Teneur parfois élevée
Teneur souvent élevée
Nitrates
Silice
Micro-polluants minéraux
et organiques
Généralement absents.
Subsistent beaucoup plus longtemps en cas de
pollution accidentelle
Eléments vivants
Ferrobactéries fréquentes
Caractère eutrophe
(développement exagéré
des algues)
Non
20
Chapitre2
5. Qualité d'eau nécessaire à l'alimentation des chaudières
Tableau 4 : Caractéristiques des eaux de chaudière (valeurs courantes) [4].
Eau d’appoint
Eau bâche
Eau chaudière Vapeur condensée
7 ,6
8 ,5
11 ,5
8,5
TH °f
0
0
0
0
TA °f
0
traces
75
Traces
TAC °f
20
10
100
1
Cl (mg/l)
3
1,5
15
0
SiO2(mg/l)
7
3,5
35
0
Fe ++(mg/l)
0,06
0,06
0,06
0,06
PO4 3-(mg/l)
-
-
25
-
460
230
5000
10
pH
-
cond.en µS/cm
6. Traitement des eaux de chaudière
1-traitement de l'eau d'appoint
2- traitement des condensats
Figure 5:traitement des eaux de chaudière [4 ] [25].
21
Chapitre2
6.1. Traitement de l’eau d’appoint
6.1.1. Prétraitements
Les prétraitements sont destinés à séparer des eaux:
-les matières solides volumineuses risquant d'obstruer les canalisations de l'installation de
traitement;
-les matières flottantes et les huiles non miscibles à l'eau et généralement moins denses
qu'elle.
Ils sont constitués d'un ensemble d'opérations physiques et mécaniques:
 Dégrillage
Il permet de séparer les matières volumineuses. Son principe est extrêmement simple,
puisqu'il consiste à faire passer l'eau brute à travers des grilles composés de barreaux
placés verticalement ou inclinés.
 Dessablage
Les dessableurs ont aussi pour but d'extraire des eaux, les graviers, les sables et autres
matières minérales denses.
 Tamisage
Le tamisage assure un dégrillage poussé par filtration des eaux brutes sur toile, ou treillis
ou tôle perforée, à maille plus ou moins fines.
 Déshuilage
On peut considérer que le déshuilage se rapporte à l'extraction de toutes matières flottantes
d'une densité inférieure à celle de l'eau [26].
6.1.2. Chloration des eaux
Pour éviter le développement d'organismes végétaux et animaux, l'injection d'eau de javel
est indispensable. [5]
L'hypochlorite de sodium réagit rapidement dans l'eau pour former de l'acide hypochloreux
selon la réaction (3) :
NaOCl  H 2O  HOCl  Na   OH 
(3)
22
Chapitre2
L'acide hypochloreux est un acide faible qui réagit de la façon suivante:
HOCl  H   OCl 
acide
hypochloreux
(4)
ions
hypochlorites
La distribution de HOCl et OCl- varie considérablement en fonction du pH: plus le pH est
élevé, plus la proportion de OCl- est élevée.Il est important de tenir compte de ce
phénomène car l'acide hypochloreux est un désinfectant beaucoup plus efficace que les
ions hypochlorites [21].
6.1.3. Traitement par dessalement
Le but de ce traitement est de réduire la salinité des eaux marines et des eaux saumâtres qui
proviennent habituellement des nappes d'eau souterraines et contiennent le plus souvent de
2000 à 10000 mg/l de matières dissoutes [21].
Les technologies actuelles de dessalement des eaux sont classées en deux catégories, selon
le principe appliqué.
-
Les procédés thermiques faisant intervenir un changement de phases: la congélation
et la distillation.
-
Les procédés utilisant des membranes : l'osmose inverse et l'électrodialyse.
Parmi les procédés précités, la distillation et l'osmose inverse sont les plus commercialisés
dans le marché mondial de dessalement [23].
6.1.3.1. Distillation
Ce procédé s'applique surtout aux eaux de mer[19].Il comporte une vaporisation,une
condensation et une récupération de la chaleur libérée par la condensation. La salinité de
l'eau douce obtenue par ce procédé est toujours nettement inférieure à 100 mg/l [21].
 Distillation par détentes successives
Ce procédé consiste à maintenir l'eau sous pression pendant toute la durée du chauffage;
lorsqu'elle atteint une température de l'ordre de 120°C, [23] elle est introduite dans une
chambre à l'intérieur de laquelle règne une pression plus faible que la pression de
saturation pour la température de l'eau admise. Il en résulte une vaporisation immédiate
23
Chapitre2
[19]. Une fraction de l'eau s'évapore puis va se condenser sur des tubes [23] parcourus par
une circulation d'eau de refroidissement et l'eau douce est recueille en dessous du faisceau
tubulaire [19].L'ébullition s'arrête quand l'eau de mer à atteint la température d'ébullition
correspondant à la pression régnant dans l'étage considéré. Le phénomène est reproduit
ensuite dans un deuxième étage ou règne une pression encore plus faible. La vaporisation
de l'eau est ainsi réalisée par détentes successives dans une série d'étages oŭ règnent des
pressions de plus en plus réduites [23].
Figure 6: Principe de fonctionnement d'un système par détentes successives (MSF) à
3 étages [23].
 Distillation à multiples effets
Dans la distillation à multiples effets, on porte, dans un premier bouilleur l'eau de mer à
ébullition. Il en résulte une vapeur d'eau pure légèrement surchauffée qui est dirigée vers
un second bouilleur où elle se condense dans un évaporateur;la chaleur latente de
condensation est récupérée pour échauffer l'eau de mer introduite dans ce second bouilleur
et qui entoure l'évaporateur. De la vapeur d'eau pure s'échappe du second bouilleur pour
gagner un troisième appareil identique dans lequel les mêmes opérations se répètent. La
pression de la vapeur diminue à chaque étage. L'eau condensée issus de chaque bouilleur
est dirigée vers un collecteur général [19].
24
Chapitre2
Figure7 : distillation à multiple effet [23].
6.1.3..2.Osmose inverse
L'osmose inverse est un procédé de séparation de l'eau et des sels dissous au moyen de
membranes semi-perméables sous l'action de la pression. Ce procédé fonctionne à
température ambiante et n'implique pas de changement de phase [23].Les membranes
utilisées sont perméables à l'eau pure, mais elles constituent des barrières infranchissables
pour tous les corps dissous à l'état moléculaire ou colloïdale [21].
a)Principe de l'osmose inverse
Soit un système à deux compartiments séparés par une membrane semi-perméable et
contenant deux solutions de concentrations différentes. Le phénomène d'osmose va se
traduire par un écoulement d'eau dirigé de la solution diluée vers la solution concentrée
[23]jusqu'à l'obtention d'une différence de pression appelée pression osmotique. Un
équilibre est alors atteint. Si l'on impose alors une pression supérieure à la pression
osmotique à la solution concentrée,l'eau pure passe à travers la membrane vers le
compartiment de plus faible concentration: c'est l'osmose inverse [4].
25
Chapitre2
Figure8 : principe de l'osmose et de l'osmose inverse [23].
6.1.4. Déminéralisation totale
Ce traitement est plus complexe et l’eau subit plusieurs passages successifs sur des résines
échangeuses d’ions pour éliminer tous les cations et les anions.
Les résines sont des composés organiques de synthèse qui ont la propriété d'échanger un de
leurs ions contre les ions contenus dans l'eau à traiter [18].
La réaction générale sur laquelle repose ce phénomène est la suivante:
n(R  A  )  B n   R  n B n   nA 
(5)
ou R: radical anionique faisant partie de la résine échangeuse d'ions.
A+: ions fixés sur la résine neuve.
B n+: ions en solution [21].
6.1.4.1. Type de résines échangeuses d'ions
 Les résines cationiques
Ces résines fixent les cations et se subdivisent en:
-échangeurs fortement acides, sont caractérisés par la présence de radicaux sulfoniques
HSO-3.Ces résines agissent sur tous les cations.
-échangeurs faiblement acides, sont caractérisés par la présence de radicaux
carboxyliques, COOH. Ces résines n'agissent que sur les carbonates et bicarbonates [18]
[21].
26
Chapitre2
 Les résines anioniques
Ces résines fixent les anions et se subdivisent en [18]:
-les échangeurs fortement basiques. Ces résines fixent les acides faibles comme l'acide
carbonique ou la silice, ils peuvent également libérer les bases de leurs sels. Il sont
caractérisés par la présence d'ammoniums quaternaires [21].
-les échangeurs faiblement basiques, dont l'action se limite aux anions fortes tels que:
SO--4,Cl-, [18].
6.1.4.2. Installation
L’installation comporte deux échangeurs d’ions. Le premier est un échangeur de cations
avec résines acides qui échangent leurs ions H+ contre les cations métalliques des sels
dissous dans l’eau en particulier les cations alcalino-terreux liés aux carbonates,en donnant
des acides suivant les réactions suivantes :
H 2 R  Ca(HCO 3 ) 2  CaR  2H 2 CO 3 .
(6)
H 2 R  CaSO 4  CaR  H 2 SO 4 .
(7)
H 2 R  MgCl 2  MgR  2HCl .
(8)
H 2 R  CaCl 2  CaR  2HCl .
(9)
Le second échangeur sert à neutraliser les acides en dissolution dans l’eau sortant du
premier. C’est un échangeur d’anions avec résines basiques qui échangent leurs ions OHcontre les anions des acides en créant de l’eau [27].
R' (OH)2  H 2CO 3  R' CO 3  2H 2O
(10)
R' (OH)2  H 2SO 4  R' SO 4  2H 2O
(11)
R' (OH)2  2HCl  R' Cl 2  2H 2O
(12)
Le système peut être complété par un dégazeur de CO2 permettant d'éliminer l'acide
carbonique (H2CO3) produit par passage de l'eau sur résine cationique selon la réaction [4]:
H   HCO 3  H 2CO 3  H 2O  CO 2 
(13)
27
Chapitre2

Régénération [27]
On régénère la résine acide par une solution d’acide: HCl ou H2SO4.
CaR  2HCl  H 2 R  CaCl 2
(14)
On régénère la résine basique par une base: solution NaOH, ammoniaque.
R' SO 4  2NaOH  R' (OH)2  Na 2SO 4
(15)
Figure 9: déminéralisation totale [22].
Les traitements peuvent s'effectuer sur passages successifs à travers des lits séparés de
résines cationiques et anioniques ou, si la capacité de la chaîne de traitement n'a pas besoin
d'être importante, par lits mélangés de plusieurs types de résines.
6.2. Traitement de condensats
Lorsque la chaudière ne travaille pas en circuit ouvert (vapeur perdue) mais permet de
recycler la vapeur après condensation, il faut porter un soin particulier à ces eaux qui sont
déjà déminéralisée mais sont par ailleurs polluées en cours de recyclage.
Les condensats se retrouvent plus ou moins chargés, en fonction de l'emploi de la vapeur,
de matières en suspension, d'émulsions organiques et huileuses, de matières minérales en
solution. En l'absence de matières huileuses, on peut filtrer sur filtres ordinaires, en leur
présence il faut utiliser des précouches adsorbantes. Les matières minérales en solution
doivent être retenues sur échangeurs d'ions [25].
28
Chapitre2
6.3 Conditionnement de l'eau alimentaire
Le conditionnement est le complément indispensable dans le programme de traitement et
comporte l'introduction rationnelle de produits de conditionnement au moyen de groupe de
dosage .Parmi les procédés les plus utilisés, on peut citer:
6.3.1. Le dégazage
Le dégazage a pour but d'éliminer les effets corrosifs des gaz dissous .Il peut être réalisé
par deux méthodes:
-des techniques physiques de dégazage;
- addition des espèces réductrices.
a) Dégazage physique
Il existe de nombreux types de dégazeurs thermiques, fonctionnant sous vide ou le plus
souvent sous pression, dont le principe consiste toujours à balayer les gaz dissous par un
grand volume de vapeur [28].
b) Les réducteurs d'oxygène
 Le sulfite de sodiumNa2SO3
Le sulfite de sodium en solution réagit avec l'oxygène dissous pour se transformer en
sulfate, selon la réaction:
1
Na 2SO 3  O 2  Na 2SO 4
2
(16)
La réduction de l'oxygène par le sulfite augmente la salinité totale de l'eau de chaudière et
les sulfates .Aussi, aux hautes pressions et température, le sulfite a tendance à se
décomposer en donnant du SO2 et de l' H2S qui contribuent à la corrosion des systèmes de
retours [29].

L'hydrazine N2H4
L'hydrazine est un réducteur puissant. Il permet d'abaisser notablement la teneur en
oxygène selon la réaction17 [29] :
N 2 H 4  O 2  N 2  2H 2O
(17)
Il n'apporte aucune salinité à l'eau puisqu'elle même et ses produits de décomposition sont
volatiles [30].
29
Chapitre2
6.3.2. Le phosphate trisodique Na3PO4
Les ions phosphates forment avec les ions de calcium des précipités floconneux
normalement non entartrants selon les réactions(18) et (19) [4] [29] :
2Na 3 PO 4  3CaCO 3  Ca 3 (PO 4 )2  3Na 2CO 3
(18)
2Na 3 PO 4  3CaSO 4  Ca 3 (PO 4 )2  3Na 2SO 4
(19)
En plus de leur pouvoir tartrifuge, il provoque une phosphatation superficielle, tout en
élevant le pH de l’eau, ce qui neutralise le gaz carbonique agressif [30].
7.3.3. Les produits anti -primage
Ces produits permettent de diminuer la formation de mousses à la surface de l'eau du
ballon de la chaudière .Ils provoquent la coalescence des bulles de vapeur dans le liquide et
facilitent la rupture des bulles de vapeur en surface [4] .
7.3.4. Les amines volatiles
 Les amines neutralisantes
Ce sont des bases organiques, les plus utilisées sont:
L’ammoniaque ;
La cyclohexylamine ;
La morpholine ;
La diethyl amino éthanol ;
Des alcanol amines ;
L’hydrazine joue aussi le rôle d’amine alcalinisante [4].
Quand l’une de celles –ci est additionnée à l’eau de chaudière en quantité suffisante, elle
neutralise l’acide carbonique et augmente le pH de la vapeur condensée vers une valeur
alcaline rendant le condensat moins agressif [31].
 Les amines filmantes
Les amines filmantes sont généralement des amines à longue chaîne, appelées amines
grasses. Ces amines sont peu solubles dans l’eau et sont injectées sous forme d’émulsion.
Le principe du traitement par les amines grasses repose sur la formation d’un film
30
Chapitre2
monomoléculaire, chimisorbé sur les surfaces métalliques, qui constitue une barrière
continue entre l’eau et la surface métallique [4].
7.4. Purge de déconcentration
Quel que soit le pourcentage de condensat dans l'eau alimentaire, celle-ci contient des sels
dissous provenant de l'eau d'appoint, qui entrent en chaudière, où ils se concentrent par
ébullition de l'eau.
Lorsque la limite de salinité de l'eau de chaudière est atteinte, il est nécessaire de pratiquer
une purge, dite de déconcentration pour que cette salinité n'augmente pas [4].
.
31
Chapitre 3
Inconvénients provoqués par les impuretés de l’eau
1. Introduction
La chaudière reçoit de l'eau d'alimentation qu'est un mélange en proportions variables d'eau
d'appoint et de vapeur condensée récupérée après utilisation. Si cette eau n'est pas
correctement traitée des phénomènes surviennent qui altèrent la fiabilité du matériel,
perturbent son fonctionnement et augmentent les coûts d'exploitation. Les principaux
inconvénients résultant d'un manque de traitement ou d'un traitement imparfait sont:
-la corrosion
-la formation de dépôts;
-le primage;
-L'entraînement dans la vapeur de corps minéraux.
2. Corrosion
La corrosion est maintenant définie par la norme ISO 8044 comme une interaction
physico-chimique entre un métal et son environnement entraînant des modifications dans
les propriétés du métal et souvent une dégradation fonctionnelle du métal lui-même, de son
environnement ou du système technique constitué par les deux facteurs [12].
2.1 Morphologie de la corrosion
La corrosion peut se développer de trois façons principales.
2.1.1. Corrosion uniforme
C'est la forme de corrosion la plus banale. Elle se traduit par une dissolution uniforme de la
surface métallique en contact avec l'agent agressif [32].La résistance mécanique décroît
proportionnellement à la diminution d'épaisseur [11].
2.1.2. Corrosion par piqûres
C'est une forme de corrosion des plus insidieuses et des plus destructives. L'attaque se
limite à des trous ou piqûres très localisées et pouvant progresser très rapidement en
profondeur,alors que le reste de la surface reste intact .L'installation peut être perforée en
quelques jours sans qu'une perte de poids appréciable de l'ensemble n'apparaisse [33].
32
Chapitre 3
2.1.3. Corrosion intergranulaire
La corrosion intergranulaire provoque une dissolution préférentielle des zones d'émergence
des joints de grains qui s'enrichissent ou s'appauvrissent en éléments d'addition de l'alliage
ou présentent, naturellement, un taux élevé en impuretés. Elle se produit à la surface et se
propage en profondeur en suivant les régions intercristallines. Cette forme de corrosion
provoque le déchaussement des grains et entraîne des pertes en poids importantes
accompagnées d'une perte de résistance mécanique du matériau [28] [32].
2.2. Corrosion dans la chaudière
2.2.1. Corrosion par l’oxygène
L’oxygène joue un rôle considérable dans les phénomènes de corrosion, qui se trouvent
activés suivant deux processus principaux [18] :
a) Mécanise électrochimique

Réaction anodique:
Fe  Fe 2  2é

et
(20)
Les réactions cathodiques sont :
1
2H   O 2  2é  H 2O
2
(21)
O 2  2H 2O  4é  4OH 
(22)
Figure 10: Corrosion en milieu aéré [22].
33
Chapitre 3
b) aération différentielle
Une différence de concentration en oxygène sur la surface du métal engendre une pile: les
parties propres, où l'oxygène a facilement accès, se comportent comme cathodes, les
parties recouvertes de dépôt se comportent comme anodes et il se forme une ou plusieurs
pustules de corrosion [29]. La corrosion est localisée et se traduit généralement par
formation de piqûres sur le métal [4].
2.2.2. L'attaque par le dioxyde de carbone
En phase vapeur saturée ou surchauffée , le CO2 à L’état gaz n’est pas corrosif , mais dès
qu’une condensation se produit, le CO2 se dissout dans cette eau condensée qu’il rend
acide et lui confère un caractère corrosif [30] [34].
CO 2  H2 O  H 2 CO 3  H  HCO 3
(23)
2.2.3. Corrosion galvanique
Ce type de corrosion implique l'existence de deux métaux différents reliés entre eux
électriquement et baignant dans le même milieu [18].
Le type de corrosion galvanique le plus courant dans les systèmes de chaudières résulte de
la présence de cuivre sur le parcours de l'eau [27]. Les ions Cu++ à des teneurs inférieures
au mg/l peuvent provoquer une accélération considérable de la corrosion par
électrodéposition de cuivre [22].
Cette corrosion peut également se produire du fait de la différence de composition d'un
même métal ou du fait de soudure ayant transformé le métal [27].
2.2.4. Corrosion caustique
La présence d'un dépôt de produits de corrosion et de soude sur la surface métallique
entraîne la corrosion caustique qui apparaît quand la teneur en NaOH et trop élevée [6].
En effet un excès d'alcali, peut lentement dissoudre le film de magnétite suivant la réaction
(24):
Fe 3 O 4  4NaOH  2NaFeO 2  Na 2 FeO 2  H 2 O
34
(24)
Chapitre 3
en formant de l'hypoferrite de sodium Na2FeO2,et du ferrite de sodium NaFeO2 qui sont
solubles dans NaOH concentrée. De plus, les alcalis concentrés réagissent directement et
plus rapidement avec le fer pour former de l'hydrogène et du ferrate de sodium.
Fe  2NaOH  Na 2FeO 2  H 2
(25)
Ce genre de réaction joue un rôle important dans le phénomène de corrosion par piqûres et
la formation de trous dans les tubes de chaudières, et contribue à créer les vitesses
excessives de corrosion du fer aux valeurs élevées du pH (environ pH=13) [31].
2.2.5. Corrosion -érosion
Les composants du circuit eau-vapeur peuvent être affectés de corrosion-érosion (corrosion
accélérée par l'écoulement dans la terminologie internationale).
Ce type de dégradation consiste en une solubilisation de la couche d'oxyde et du métal luimême au cours du temps, d’où un amincissement qui peut conduire à un éclatement de la
tuyauterie si l'épaisseur devient insuffisante.
La corrosion-érosion se produit lorsque trois conditions sont réunies:
-acier au carbone non allié;
-vitesse d'écoulement importante;
-environnement chimique et température défavorables [35].
2.2.6. Abrasion –corrosion
Lorsque l'eau contient des particules solides en suspension, le frottement de ces particules
sur la première surface solide exposée au fluide peut éliminer les couches protectrices qui
tendraient à se former,entraînant ainsi une accélération notable de la vitesse de corrosion
[36].
2.2.7. Cavitation
Ce phénomène du à des pressions locales situées de part et d'autre de la tension de vapeur
de l'eau [22].En effet des bulles de gaz ont tendance à se former dans l'eau lorsque sa
pression devient inférieur à la tension de vapeur de liquide. Lorsque la pression augmente
ces bulles se condensent ou éclatent [34]; d’où une destruction hétérogène et caverneuse du
métal [22]. La figure (11) illustre les étapes de ce phénomène.
35
Chapitre 3
1: les bulles se forment sur le film protecteur.
2: les bulles éclatent et détruisent le film.
3: le métal ainsi dénudé se corrode et le film se reconstitue;
4,5,6: répétition de ce processus conduit à la formation de cavités profondes.
Figure11 : attaque par cavitation [34].
2.2.8. Fragilisation par l'hydrogène
La réduction cathodique des ions H+ sur la surface du métal se traduit par une production
d'atomes d'hydrogène H adsorbé sur cette surface .Ces atomes peuvent pénétrer dans le
métal et précipiter sous forme de bulles gazeuses microscopiques sous très haute pression.
La pression de ces microbulles peut alors être telle qu'elle fait éclater localement le métal,
créant ainsi une fissure remplie de gaz [36].
2.2.9. Corrosion sous tartre
La présence de dépôts, pré-éxistants ou provenant d'eaux mal filtrées peut être source de
corrosion par création de zones sous dépôt, non aérées et génératrices de plages anodiques
[22].
36
Chapitre 3
2.2.10. Phénomènes particuliers de la corrosion en chaudières : corrosion à haute
température
Aux températures élevées, le pouvoir oxydant de l'eau provoque la formation de magnétite
Fe3O4 , selon les réactions dites de SCHIKORR:
3Fe  4H 2O  Fe 3O 4  4H 2 
(26)
3Fe(OH) 2  Fe 3 O 4  H 2  2H 2 O
(27)
ou
Les vitesses de ces réactions sont lentes à température ambiante et deviennent appréciables
au dessus de 100°C, puis très rapides au dessus de 200°C [4].La couche compacte de
magnétite, une fois formée, est très résistante et ne se dissout plus même en milieu
légèrement acide [37].Elle joue un rôle protecteur tant qu'elle est de faible épaisseur,
adhérente, continue et que ses propriétés physiques et mécaniques sont voisines de celles
du métal de base. Si elle s'épaissit trop, le transfert de chaleur de foyer extérieur vers l'eau
intérieure peut être limité, entraînant une surchauffe locale du métal qui entraîne sa
dégradation. En augmentant encore d'épaisseur, la couche subit en général un écaillage; les
produits de corrosion détachés seront alors déposés dans une autre partie de la boucle eau –
vapeur [6].
2.3. Inconvénients dus à la corrosion [22]
37
Chapitre 3
3. Les incrustations
3.1. Origine de dépôts
Les dépôts dans la chaudière peuvent avoir deux origines :
a)Matières en suspension
Les matières en suspension apportées par l'eau avant l'introduction dans la chaudière
peuvent se déposer partout où la vitesse de circulation est réduite. De même, des matières
colloïdales qui se trouvent dans l'eau se coagulent sous une forme gélatineuse sous l'effet
d'une simple élévation de température et forment des pellicules sur les parois des tubes des
échangeurs de chaleur.
La couleur de ces dépôts (gris- brun- rouge……) est dû aux matières en suspension qui
s'absorbent sur cette pellicule pour constituer un édifice homogène et isolant très
dangereux [30].
b) Précipitation de sels minéraux
 Tartre carbonaté
Par élévation de la température de l’eau, le CO2 s’échappe et devient insuffisant et une
partie de bicarbonate de calcium contenu dans l'eau précipite sur les parois chaudes à l'état
de carbonate de calcium selon la réaction (28) [30]:

Ca(HCO 3 ) 2  CaCO 3   CO 2  H 2 O
(28)
Si la montée en température est rapide, il se dépose sous forme de boue, mais si cette
montée est lente, il se dépose sous forme d'incrustation [27].
Les dépôts de carbonate de calciums sont généralement durs et adhérents (marbre) [4].
 Tartres sulfates
Il s'agit surtout de sulfate de calcium CaSO4[27] , dont la solubilité est maximale à 40°C et
qui peut précipiter à froid sous forme de gypse (CaSO4 .2H2O) ou à chaud , sous forme
anhydre CaSO4 ou hémihydrate (CaSO4.1/2 H2O) [22] [4] .Les tartres sulfatés sont très
durs et très adhérents.
38
Chapitre 3
 Tartres siliceux
En l'absence de sels incrustants, la silice forme sur les tubes de chaudière les plus chauds
des dépôts vitrifiés très difficiles à enlever [18] [22].
 Dépôts de fer
Ces dépôts pouvant provenir du circuit lui-même sous forme d'oxydes métalliques [30].
3.2. Paramètres contrôlant l'entartrage
 La température
Par suite d'une augmentation de la température ,le produit de solubilité des sels minéraux
contenus dans l'eau d'alimentation pouvant être abaissé ce qui entraîne la précipitation de
ces sels [30] [22] .
 La concentration en ions
La précipitation des sels sous forme solide intervient principalement lorsque la
concentration en sel augmente [4].
.
Figure 12: Seuil de précipitation des sels de calcium : courbes de solubilité [4].
39
Chapitre 3
3.3. Inconvénients du tartre
 Diminution de la chaleur transmise
Les incrustations sont dangereuses avant tout par leur mauvaise conductibilité thermique.
Elles forment sur les parois d'échange une pellicule isolante qui gêne les échanges
thermiques [30].
Figure13 : Perte de rendement en fonction de l'épaisseur de tartre [38].
 Surchauffe de la paroi
Du fait de la présence du tartre, la paroi est plus chaude et la résistance mécanique du fer
est affaiblie .Il peut se produire des déformations et même des ruptures [27].
 Obturation des orifices
Les dépôts de tartres formant des couches successives peuvent obturer tout ou partie des
orifices ou passages des tubes, vannes, échangeurs…. [27].
 Possibilité de corrosion
Les incrustations entraînent souvent un défaut d'homogénéité des surfaces en contact avec
l'eau (soit par décollement partiel de la couche de tartre, soit par dépôt préférentiel dans
certaines zones), défaut qui peut être générateur de déformation du métal et de corrosion
[30].
40
Chapitre 3
4. Le primage
On définit sous le nom de primage, tout ce qui correspond à un départ de vésicules liquides
dans le circuit vapeur, l’origine pouvant être soit la formation de mousses, soit la formation
d’un bouillard de gouttelettes qui peuvent être entraînées sous forme d’eau .Les sels de
l’eau entraînés cristallisent alors dans le circuit vapeur.
Ces phénomènes sont en relation avec les caractéristiques physiques de l'eau (tension
superficielle, viscosité) et celles de la chaudière qui facilitent respectivement l'émulsion
eau- vapeur et l'entraînement des vésicules en suspension.
De même, la composition physico-chimique de l'eau influence directement la tendance au
primage, les éléments les plus nocifs étant les alcalins et certaines matières organiques à
haut pouvoir moussant [30].
4.1. Inconvénients

incidents graves lorsque la vapeur est utilisée directement en fabrication ;

baisse de rendement thermique de l’installation ;

obstruction partielle ou complète des tubes de surchauffeurs par les sels entraînés ;

dépôts sur les ailettes des turbines [29].
5. L'entraînement dans la vapeur de corps minéraux
Le plus nocif est celui de la silice qui se produit au dessus de 250°C.Ces sels se déposent
sur les ailettes des turbines entraînant de graves désordres dans leur fonctionnement .Les
entraînements sont d'autant plus importants que la pression et donc la température , sont
plus élevées [22].
41
Chapitre 4
Conditions et techniques expérimentales
1. Introduction
Ce chapitre a pour but de présenter les méthodes expérimentales et électrochimiques,
utilisées dans cette étude. Une description du matériau, de l'électrolyte et du montage,
permet, dans un premier temps, de fixer une démarche expérimentale assurant une bonne
reproductibilité des résultats. Les techniques électrochimiques sont à leur tour présentées
de manière à souligner leur intérêt dans l'étude des phénomènes de corrosion.
2. Matériau d'étude et milieux d'essais
2.1. Matériau
Nous avons retenu dans cette étude un échantillon d'un tube vaporisateur en acier au
carbone, de nuance A105. Ce matériau nous a été fourni par la raffinerie de SKIKDA.
2.1.1. Composition chimique
La composition chimique de notre alliage est donnée dans le tableau 5.
Tableau 5 : composition chimique de l'alliage A105 [39].
Elements
composition%
carbone
0,36 max
manganèse
0,60-1,05
phosphore
0,035 max
sulfure
0,040 max
silicon
0,10-0,35
cuivre
0,40 max
nickel
0,40 max
chrome
0,30 max
molybdène
0,12 max
vanadium
0,05 max
columbium 0,02 max
42
Chapitre 4
2.1.2. Préparation de l'électrode de travail
L'électrode de travail est un acier au carbone, de nuance A105. Elle est réalisée selon le
protocole ci- dessous:

on coupe le tube en acier pour obtenir des plaquettes rectangulaires de (1cm. 3cm)
de surface et de 5,4 mm d'épaisseur.

on introduit ces morceaux dans une plieuse pour rendre la surface plane.

ensuite les échantillons sont reliés à un fil en cuivre enfoncé dans un tube en verre
et enrobés à froid dans une résine inerte chimiquement qui permet de délimiter une
section plane de 1 cm2 et qui évite toute infiltration d'électrolyte.
Figure 14: Préparation de l'électrode de travail.
43
Chapitre 4
2.1.3. Préparation de la surface à étudier
Afin d'obtenir des résultats fiables, l'électrode de travail subit, avant chaque essai, un
prétraitement, qui consiste à :

un polissage de la surface de l'électrode au papier abrasif de granulométrie
croissante allant de 100 jusqu'à 1200 pour rendre la surface plane, lisse, brillante et
supprimer les fissures et les aspérités;

Un rinçage à l'eau distillée, puis un dégraissage à l'acétone et un rinçage à l'eau
distillée;

un séchage sous un flux d'air pour éviter toute sorte de réaction entre l'eau distillée
et la surface de l'échantillon avant les mesures.
2.2. Milieux
Pour tous les essais réalisés, nous avons utilisé:

Eau déminéralisée, eau distillée et eau de mer .Ces eaux ont été prélevées de la
société nationale de la pétrochimie.

Eau adoucie et eau souterraine. Ces eaux ont été prélevées de l'entreprise ENAJUC
de Ramdane Djamel –Wilaya de SKIKDA.

Eau déminéralisée
Il s'agit d'une eau traitée par des résines échangeuses d'anions et de cations : les ions de
l'eau à traiter sont échangés avec des ions OH- et des ions H+ .L'eau obtenue est d'une
grande pureté, sa conductivité est très faible.

Eau distillée
L'eau distillée est une eau qui a subi une distillation du type multi- étage (décrit dans le
chapitre 2 page 23) .Elle est exempte des organismes vivants, a une salinité plus faible
que l'eau de mer.

Eau de mer
C'est une eau méditerranéenne, altérée par la pollution industrielle (hydrocarbures , sels
minéraux , métaux lourds substances organiques).
44
Chapitre 4

Eau adoucie
C'est une eau traitée par les résines échangeuses d'ions de type cationique forte. Pour
adoucir l'eau , la résine est d'abord mise sous forme Na+ : étape dite de régénération
effectuée avec du chlorure de sodium (sel) par passage d'une saumure sur la résine .La
résine se charge alors en ion sodium .Après rinçage , pour éliminer toute trace de saumure ,
les sels de calcium et de magnésium de l'eau dure seront échangés contre les ions sodium
par passage sur la résine ( cycle d'épuisement ).L'eau obtenue ne contient plus d'ions
calcium et magnésium mais se charge d'autant en ions sodium (figure15 ).
Figure 15: Adoucissement de l'eau [22].

Eau souterraine
C'est une eau exploitée par un puit .Elle est dure, très minéralisée, sa qualité peut être
altérée par la pollution agricole (les pratiques actuelles de cultures et de l'élevage,
l'utilisation massive des engrais …).
Les analyses physico-chimiques réalisées pour caractériser ces milieux sont regroupées
dans le tableau 6.
.
45
Chapitre 4
Tableau 6: caractéristiques des milieux.
Paramètres
eau
eau
eau de
eau
eau
déminéralisée
distillée
mer
adoucie
souterraine
6,9
6,38
6,91
7,633
7
(s,cm-1)
3,947
21,39
1590
1530
TH (ºf)
Trace
2,2
10,4
24
Cl- (ppm)
-
8,72
500
0
SiO2 (ppm)
Trace
trace
9,313
7,261
Fe++ (ppm)
0,01
0,05
Cu++ (ppm)
traces
traces
2,9
0
pH
conductivité
PO43- (ppm)
trace
2.3. Inhibiteurs
Les inhibiteurs utilisés sont:

Hydrazine :
L'hydrazine anhydre N2H4 : solution de concentration 0,563 M, incolore, d'une odeur
aminée.

Phosphate trisodique ( Na3PO4): poudre de cristaux blancs.
46
Chapitre 4
3. Méthodes électrochimiques d'étude et de contrôle de la corrosion
La complexité des phénomènes de corrosion nécessite l'utilisation d'un grand nombre de
méthodes expérimentales pour déterminer le taux de la corrosion et la nature des
mécanismes qui interviennent au cours de l'attaque du métal ou l'alliage .Parmi ces
méthodes nous avons utilisé:
3.1. Suivi du potentiel libre
Cette technique apporte des informations préliminaire sur la nature des processus en cours ,
à l'interface électrode de travail /électrolyte (corrosion ,passivation ) et indique le type de
l'inhibiteur suivant le sens de déviation du potentiel par rapport au potentiel mesuré en
absence d'inhibiteur[40].Elle permet également de connaître la durée d'immersion
nécessaire à l'établissement d'un régime stationnaire indispensable aux mesures
potentiodynamiques ou d'impédance électrochimique. Cependant,la grandeur issue de cette
mesure ne renseigne pas sur la cinétique et ne permet donc pas d'accéder à la vitesse de
corrosion .Pour ce faire , des tracés potentiodynamiques sont réalisés .
3.2. Courbe de polarisation
La détermination des courbes intensité-potentiel des matériaux en milieu corrosif est un
outil fondamental de l'étude des phénomènes de corrosion .Elles donnent la variation de
l'intensité du courant qui circule entre l'électrode à étudier et une électrode de platine, en
fonction du potentiel imposé à l'électrode à étudier, repéré par rapport à une électrode de
référence.
L'examen de ces courbes permet d'obtenir un grand nombre de renseignements sur le
comportement de l'alliage immergé dans l'électrolyte, en particulier en ce qui concerne son
aptitude à la passivation ou à la corrosion par piqûres. Elle permet aussi de déterminer le
mécanisme de corrosion (cinétique de transfert de charge, transfert de matière, adsorption
des espèces sur l'électrode ….) et de distinguer l'influence de l'inhibiteur sur chacune des
réactions élémentaires, anodique et cathodique, à l'électrode de travail[40]. Cependant, il
importe de signaler que la forme des courbes et les potentiels qui les caractérisent sont très
sensibles à un certain nombre de facteurs comme l'état de surface, l'électrolyte, la présence
de traces d'impuretés dans le réactif [41].
47
Chapitre 4
3.2.1. Détermination de la densité du courant de corrosion
On peut déterminer la valeur de la densité de courant de corrosion, en extrapolant les
droites de Tafel cathodique et anodique jusqu'au potentiel de dissolution.
Figure 16: détermination du courant de corrosion par la méthode des droites de Tafel
[42].
A partir de la loi de Faraday, il est possible alors de définir une relation permettant
d'estimer la vitesse de corrosion.
Vcorr  i corr .t.M/nFρ
3.3. Mesure de la résistance de polarisation
La mesure de la résistance de polarisation consiste à faire un balayage de quelques
millivolts autour du potentiel de corrosion et de déterminer le courant correspondant. La
pente de la droite permet de calculer la résistance de polarisation Rp (inverse de la
pente).Elle est définie par la formule de Stern et Geary :
ba  bc
ΔE
1
k'
 Rp 


Δi
2,3(b a  b c ) i corr
i corr
L'intérêt essentiel de la méthode réside dans le fait q'elle permet de faire rapidement un
grand nombre de mesures et de comparer entre elles les valeurs de la densité de courant de
corrosion lorsqu'un facteur est modifié [43].
48
Chapitre 4
Figure 17: mesure de la résistance de polarisation [12].
4. Montage expérimental
Le dispositif expérimental utilisé pour les essais électrochimiques est constitué :
 D'une cellule d'essai, cylindrique est surmontée d'un couvercle qui permet d'adapter:
-une électrode de référence (Ag/AgCl).
-une électrode de platine constituée d'une plaque de platine (1 cm2).
-une électrode de travail.
 Un Potentiostat/Galvanostat de type PGP201 qui permet d'imposer les potentiels à
l'électrode de travail en fournissant un courant entre la surface à étudier et la contre
électrode.
 Un micro-ordinateur muni d'un logiciel Volta Master1 qui asservit le Potentiostat et
permet l'enregistrement des courbes de polarisation.
49
Chapitre 4
Figure18 : montage à trois électrodes pour le tracé des courbes de polarisation.
50
Chapitre 5
Résultats et discussions
Partie I: Etude du comportement de l'acier A105 dans l'eau
déminéralisée
I.1. Introduction
Dans cette partie nous avons étudié le comportement de l'acier A105 dans l'eau
déminéralisée en absence et en présence de l'hydrazine et le phosphate trisodique,
inhibiteurs généralement employés dans le traitement des eaux de chaudière. L'influence de
la température, de l'agitation et de la concentration de l'inhibiteur sur la résistance à la
corrosion a été également étudiée.
I.2. Conditions opératoires

Le milieu électrolytique:eau déminéralisée.

Le volume de la solution:200 ml.

L'échantillon est poli jusqu'au grade 1200.

La température des essais est celle du milieu ambiant. Excepté pour l'étude de
l'influence de la température. Elle est de (40°C,60°C, 80 °C,95°C).L'échauffement de la
solution électrolytique a été effectue grâce a une plaque chauffante.

Tous les essais ont été conduits dans des milieux non agités sauf pour l'étude de
l'agitation. (l'agitation de la solution électrolyte a été effectuée à l'aide d'un agitateur
magnétique).

Les courbes de polarisation sont obtenues en mode potentiodynamique avec une vitesse
de balayage de 10 mV/mn.
I.3. Comportement de l'acier A105 dans l'eau déminéralisée
I.3.1. Evolution du potentiel d'abandon en fonction du temps
Afin de voir l'évolution globale du potentiel d'abandon en fonction du temps, nous avons
effectué une série de mesures qui consiste à immerger l'échantillon dans l'eau
déminéralisée. Les résultats obtenus sont regroupés dans le tableau 7 et représentés sur la
figure 19.
51
Chapitre 5
dans l'eau déminéralisée.
temps
(mn)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
essai n°1
essai n°2
essai n°3
E(mV/Ag/AgCl)
-310
-366
-368
-376
-383
-389
-394
-400
-407
-415
-412
-402
-393
-391
-393
-391
-393
-394
-397
-401
-397
-398
-405
-408
-410
-408
-411
-411
-408
-413
-414
-415
-416
-417
-418
E(mV/Ag/AgCl)
-302
-333
-346
-347
-353
-357
-360
-370
-379
-370
-359
-351
-343
-348
-353
-358
-359
-360
-362
-362
-366
-368
-370
-373
-377
-378
-379
-379
-375
-374
-375
-379
-382
-382
-382
-382
-382
-383
-383
E(mV/Ag/AgCl)
-301
-305
-307
-315
-323
-332
-340
-349
-355
-357
-351
-342
-337
-334
-333
333
-333
-334
-334
-334
-335
-338
-340
-342
-344
-346
-349
-350
-351
-352
-353
-354
-354
52
Chapitre 5
dans l'eau déminéralisée.
L'examen des résultats obtenus montre que le potentiel de l'acier par rapport à l'eau
déminéralisée est instable, il devient d'abord plus négatif, puis se déplace vers des valeurs
plus nobles, puis tend vers des valeurs plus négatives. L'évolution du potentiel dans ce cas
traduit l'attaque de la surface métallique avec formation d'une couche protectrice .Celle –ci
se développe pendant quelques minutes puis elle est détruite .L'acier est alors mis à nu.
I.3.2. Influence de la température
Pour se rapprocher le plus possible des conditions de fonctionnement de la chaudière, il est
très intéressant d'étudier le comportement de l'acier A105 pendant l'échauffement de l'eau.
Pour atteindre ce but nous avons chauffé l'eau déminéralisée à des températures comprises
entre 25°C et 100°C.Les résultats obtenus sont illustrés dans la figure 20 et le tableau 8.
53
Chapitre 5
déminéralisée à différentes températures.
Tableau 8: valeurs du potentiel à courant nul de l'acier A105 dans l'eau déminéralisée
en fonction de la température.
Température (°C)
Ei=0(mV/Ag/AgCl)
25
40
60
80
95
-237,8
-435,9
-445
-357,8
-296
D'après les résultats obtenus (figure 20 et tableau 8) nous observons que l'augmentation de
la température décale le potentiel de corrosion vers des valeurs plus négatives .Ce
phénomène peut s'expliquer par le fait que les processus anodiques et cathodiques sont
activés thermiquement.
Dans le domaine de température (80°C-95°C), cette tendance est plus faible à cause d'une
diminution marquée de la solubilité de l'oxygène dans l'eau quand la température s'élève.
54
Chapitre 5
I.3.3. Influence de l'agitation
Pendant le fonctionnement de la chaudière, il faut tenir compte non seulement de l'effet de
la température mais aussi du mouvement de l'eau dans le circuit eau –vapeur.
Sur la figure 21, nous avons porté les courbes de polarisation (i-E) dans l'eau déminéralisée
en absence et en présence de l'agitation. Le tableau 9 donne les valeurs du potentiel à
courant nul.
déminéralisée sans et avec agitation.
Tableau 9: paramètres électrochimiques de l'acier A105 dans l'eau déminéralisée sans
et avec agitation.
Ei=0(mV/Ag/AgCl)
icorr(µA/cm2)
agitée
-392,8
0,0406
eau déminéralisée agitée
-155,9
0,0025
eau déminéralisée non
55
Chapitre 5
D'après les résultats obtenus (figure 21 et tableau 9) nous observons que l'agitation de l'eau
déminéralisée s'accompagne d'un déplacement du potentiel à courant nul vers des valeurs
plus nobles. Ce comportement serait attribuable à l'augmentation de la quantité d'oxygène à
l'interface (électrode /électrolyte) jusqu'à la passivation de l'acier.
I.3.4. Influence du milieu
Afin de voir l'influence du milieu sur la résistance à la corrosion de l'acier à étudier nous
avons mené une étude comparative. Les milieux utilisés étaient l'eau de mer naturelle, eau
distillée, eau déminéralisée.
I.3.4.1. Evolution du potentiel libre en fonction du temps
Le tableau 10 et la figure 22 donnent la variation du potentiel libre de l'acier A105 dans les
différents milieux.
Tableau 10: évolution du potentiel libre en fonction du temps de l'acier A105 dans
l'eau déminéralisée, eau distillée, eau de mer.
temps(mn)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Eau déminéralisée
E(mV/Ag/AgCl)
-301
-305
-307
-315
-323
-332
-340
-349
-355
-357
-351
-342
-337
-334
-333
-333
-333
-334
-334
-334
-335
-338
-340
-342
-344
Eau distillée
E(mV/Ag/AgCl)
-308
-327
-324
-325
-329
-334
-341
-351
-356
-358
-351
-344
-342
-338
-334
-330
-329
-328
-326
-325
-325
-325
-325
-325
-325
56
Eau de mer
E(mV/Ag/AgCl)
-390
-456
-522
-570
-610
-635
-650
-658
-663
-667
-670
-673
-676
-678
-680
-680
-679
-677
-677
-677
-677
-677
-677
Chapitre 5
25
26
27
28
29
30
31
32
-346
-349
-350
-351
-352
-353
-354
-355
-325
-325
-325
-325
Figure 22 : évolution du potentiel libre en fonction du temps de l'acier A105 immergé
dans l'eau déminéralisée, eau distillée, eau de mer.
Le tableau 10 et la figure 22 montrent que l'évolution du potentiel varie d'un milieu à
l'autre. L'évolution du potentiel libre dans l'eau distillée reflète la formation d'une couche
protectrice sur la surface métallique, lui conférant cette allure caractéristique vers des
valeurs de potentiels plus nobles .Pour l'eau déminéralisée l'allure de la courbe (potentiel
/temps) est semblable à celle obtenue dans l'eau distillée, néomoins les produits de
corrosion qui se forment à la surface métallique sont peu adhérents.
Dans l'eau de mer, l'acier subit une attaque continue d'où le potentiel devient de moins en
moins noble ou plus négatif.
57
Chapitre 5
I.3.4.2. Courbes de polarisation
La figure 23 donne les courbes de polarisation de l'acier A105 dans les différents milieux.
.
déminéralisée, eau distillée, eau de mer.
De cette figure nous pouvons tiré les remarques suivantes:

L'acier A105 a tendance à se corroder avec un taux très important dans l'eau de mer
à cause de la conductivité élevée qui facilite la circulation des courants de corrosion.

L'eau déminéralisée est plus agressive que l'eau distillée. Ce comportement serait
attribué à l'anodicité de l'acier A105 dans la solution la plus diluée.
58
Chapitre 5
I.3.5. Influence de l'hydrazine sur le comportement de l'acier A105 dans l'eau
déminéralisée.
Afin d'avoir une indication de l'effet de l'hydrazine sur le comportement de l'acier A105
vis-à –vis de la corrosion, il est intéressant de suivre l'évolution de son potentiel libre en
fonction du temps.
Le tableau 11 et la figure 24 donnent la variation du potentiel d'abandon en fonction du
temps de l'acier A105 immergé dans l'eau déminéralisée en présence de l'hydrazine à
différentes concentrations.
Tableau 11 : évolution du potentiel libre en fonction du temps de l'acier A105 dans
l'eau déminéralisée en présence de l'hydrazine à différentes concentrations.
CN2H4(M)
temps(mn)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
0
E(mV/Ag/AgCl)
-301
-305
-307
-315
-323
-332
-340
-349
-355
-357
-351
-342
-337
-334
-333
-333
-333
-334
-334
-334
-335
-338
-340
-342
-344
-346
-349
-350
-351
-352
1,40.10-3
E(mV/Ag/AgCl)
-335
-328
-325
-324
-324
-320
-317
-318
-314
-312
-311
-313
-308
-309
-308
-307
-306
-305
-304
-302
-302
59
2,815.10-3
E(mV/Ag/AgCl)
-292
-291
-284
-277
-273
-270
-266
-264
-261
-258
-255
-256
-255
-250
-251
-250
-249
-248
-247
-247
-247
-246
-245
5,63.10-3
E(mV/Ag/AgCl)
-310
-326
-327
-325
-324
-321
-319
-317
-314
-308
-309
-307
-302
-299
-302
-298
-289
-286
-283
-282
-281
-280
-272
-272
-270
-269
-268
-267
Chapitre 5
30
31
32
-353
-354
-355
dans l'eau déminéralisée en présence de N2H4 à différentes concentrations.
Les valeurs du potentiel libre de corrosion en fonction du temps (tableau11) et l'allure des
courbes (figure24) montrent que l'addition de N2H4 à l'eau déminéralisée s'accompagne
d'un déplacement du potentiel vers des valeurs plus nobles .L'évolution du potentiel libre,
dans ce cas, traduit l'efficacité de l'inhibiteur à préserver notre matériau contre la corrosion.
60
Chapitre 5
La figure 25 regroupe les courbes de polarisation obtenues pour l'acier A105 immergé dans
l'eau déminéralisée en présence de N2H4 à différentes concentrations.
déminéralisée en présence de N2H4 à différentes concentrations.
Tableau 12: valeurs du (Ei=0), et icorr obtenues pour l'acier A105 immergé dans l'eau
déminéralisée en présence de N2H4 à différentes concentrations.
C
(mole/l)
0
1,40.10-3
-3
2,815.10
-3
5,63.10
N2H4
Ei=0(mV/Ag/AgCl)
icorr(µA/cm2)
-392,5
-315,1
-295,4
-308,8
0,0406
0,00705
0,0025
0,004
61
Chapitre 5
Au terme des résultats obtenus (figure 25 et tableau 12), les remarques suivantes peuvent
être annoncées:

L'addition de N2H4 à l'eau déminéralisée provoque un déplacement du potentiel de
corrosion vers des valeurs plus positives et réduit la densité de courant de corrosion.

L'addition de N2H4 favorise la passivation de l'alliage A105. L'étendue du domaine de
passivation est fonction de la concentration de N2H4.
La concentration optimale de l'hydrazine est de 2,815.10-3M.

I.3.5.3. Influence de la concentration de l'hydrazine sur le pouvoir protecteur
Pour étudier l'influence de la concentration de N2H4 sur le comportement de l'acier A105,
nous avons préparé une série de solutions dont les concentrations de N2H4 vont
graduellement en croissant.
Le tableau13 regroupe les paramètres électrochimiques déduits des courbes de polarisation
obtenus dans l'eau déminéralisée en présence de N2H4 à différentes concentrations.
Le pouvoir inhibiteur de N2H4 est donné par la relation:
P% 
i corr  i inh
corr
 100
i corr
Où icorr et iinhcorr Correspondant respectivement aux densités de courant enregistrées dans
l'eau déminéralisée en absence et en présence de l'inhibiteur. Ces courants ont été
déterminés par l'intersection des tangentes des branches anodiques et cathodiques au
niveau du potentiel de corrosion.
Tableau 13 : paramètres électrochimiques de l'acier A105 dans l'eau déminéralisée
sans et avec addition de N2H4.
C
(mole/l)
0
1,40.10-3
-3
2,815.10
-3
5,63.10
-3
8,44.10
N2H4
2
Ei=0(mV/Ag/AgCl)
icorr(µA/cm )
Taux
-392,5
-315,1
-295,4
-308,8
-358,9
0,0406
0,00705
0,0025
0,004
0,06
82,63%
93,84%
90,14%
Corrosif
62
Chapitre 5
Tableau 14 : variation du pH et icorr de l'eau déminéralisée en fonction de la
concentration de N2H4.
C N2H4( mole/l)
pH
icorr(µA/cm2)
0
5,45
0,0406
-3
-3
1,40.10
8,79
0,00705
2,815.10
9,05
0,0025
-3
5,63.10
9,87
0,004
-3
8,44.10
9,94
0,06
Figure 26:relation entre le icorr et le pH de l'eau déminéralisée en présence de N2H4.
L'analyse du tableau 13, tableau 14 et figure 26 montre que le taux d'inhibition augmente
avec la concentration en solution et atteint une valeur maximale d'environ 93,84 % pour
une concentration de (2,815.10-3M).Cette bonne efficacité
inhibitrice est
due
essentiellement à l'augmentation du pH du milieu corrosif et la formation d'une couche
protectrice sur les points faibles de la surface métallique.
Pour des concentrations supérieures à la concentration optimale, l'efficacité inhibitrice
diminue et le taux de corrosion augmente de nouveau. Ce comportement serait dû au
milieu électrolytique qui devient plus alcalin. Dans ce cas, les oxydes de fer formés à
l'interface (électrode/électrolyte) ne peuvent pas créer des couches isolantes s'opposant à
l'accès des réactifs à la surface métallique et diminuant la vitesse de corrosion.
63
Chapitre 5
I.3.5.4. Influence de la température
Les essais visant à étudier l'influence de la température sur la résistance à la corrosion de
l'acier A105 en présence de N2H4 ont été réalisés pour une concentration de 2,815.10-3M,
concentration pour laquelle la couche protectrice assure une protection maximale.
déminéralisée à 2,815.10-3M de N2H4 , à différentes températures.
Tableau 15: valeurs du potentiel à courant nul de l'acier A105 dans l'eau
déminéralisée à 2,815.10-3M de N2H4 en fonction de la température.
Température (°C)
Ei=0(mV/Ag/AgCl)
25
40
60
80
95
-295,8
-416
-669,0
-561,4
-544,9
A partir des résultats obtenus (tableau 15 et figure 27) nous enregistrons une augmentation
de la température s'accompagnant d'un déplacement du potentiel de corrosion vers des
valeurs moins nobles.
64
Chapitre 5
I.3.5.5. Influence de l'agitation
Nous avons étudie l'influence de l'agitation sur le comportement de l'acier A105 dans l'eau
déminéralisée à 2,815.10-3M de N2H4, en traçant les courbes de polarisation.
déminéralisée à 2,815.10-3M de N2H4 , en absence et en présence de l'agitation.
2,815.10-3M de N2H4 , sans et avec agitation.
Sans agitation
Avec agitation
Ei=0(mV/Ag/AgCl)
icorr(µA/cm2)
-295,4
-366,1
0,0025
0,0137
L'examen des résultats obtenus (figure 28 et tableau 16) permet de faire les constatations
suivantes :

La turbulence du milieu corrosif fait déplacer le potentiel de corrosion vers des
valeurs plus négatives.
65
Chapitre 5

Le domaine du palier de passivation enregistré dans le milieu non agité à tendance
à se raccourcir lorsque l'agitation augmente.
Nous pouvons attribuer l'augmentation de la vitesse de corrosion à l'élimination de la
couche protectrice en certains points par abrasion du métal due au mouvement du liquide
lui-même, ou bien à celui des particules solides qu'il contient tels que les oxydes
métalliques en suspension .Cet effet a pour but d'amplifier la corrosion galvanique à cause
de l'augmentation de l'hétérogénéité de la surface métallique et d'entraîner une accélération
notable de la corrosion.
I.3.6. Influence de Na3PO4 sur le comportement de l'acier A105 dans l'eau
déminéralisée
Afin de voir l'évolution du potentiel d'abandon en fonction du temps et pour recueillir des
informations sur la nature des produits à l'interface (électrode/ électrolyte), nous avons
réalisé une série d'essais qui consiste à immerger l'électrode de travail dans l'eau
déminéralisée en présence de Na3PO4 à différentes concentrations. Les résultats obtenus
sont regroupés dans le tableau 17 et représentés sur la figure 29.
66
Chapitre 5
l'eau déminéralisée en présence de Na3PO4 à différentes concentrations.
C Na3PO4
(ppm)
Temps(mn)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
0
E(mV/Ag/AgCl)
-301
-305
-307
-315
-323
-332
-340
-349
-355
-357
-351
-342
-337
-334
-333
-333
-333
-334
-334
-334
-335
-338
-340
-342
-344
-346
-349
-350
-351
-352
-353
-354
-355
20
E(mV/Ag/AgCl)
-345
-339
-334
-333
-332
-332
-335
-336
-339
-339
-339
-339
-336
-337
-337
-337
67
30
E(mV/Ag/AgCl)
-356
-352
-343
-339
-332
-331
-326
-327
-325
-322
-321
-321
-322
-322
-322
-322
40
E(mV/Ag/AgCl)
-364
-351
-345
-340
-335
-335
-332
-331
-331
-330
-330
-330
-330
-331
-332
Chapitre 5
dans l'eau déminéralisée en présence de Na3PO4 à différentes concentrations.
Les valeurs du potentiel libre de corrosion en fonction du temps (tableau 17) et l'allure des
courbes (figure 29) montrent que l'addition de Na3P04 à l'eau déminéralisée provoque la
passivation de la surface métallique.
l'eau déminéralisée en présence de Na3PO4 à différentes concentrations.
68
Chapitre 5
déminéralisée en présence de Na3PO4 à différentes concentrations.
Tableau 18: valeurs du (Ei=0) et icorr obtenues pour l'acier A105 immergé dans l'eau
déminéralisée en présence de Na3PO4 à différentes concentrations.
C Na3PO4
(ppm)
0
10
20
30
Ei=0(mV/Ag/AgCl)
icorr(µA/cm2)
-392,8
-339,7
-336,7
-332,7
0,0406
0,03
0,02792
0,0034
L'addition de Na3PO4 à l'eau déminéralisée s'accompagne d'un déplacement du potentiel de
corrosion vers des valeurs plus nobles et une nette diminution des densités de courant.
69
Chapitre 5
I.3.6.3. Influence de la concentration de Na3P04 sur le pouvoir protecteur
Le tableau 19 regroupe les paramètres électrochimiques déduits des courbes de polarisation
obtenus dans l'eau déminéralisée maintenue à la température ambiante (25°C), en présence
de Na3P04 à différentes concentrations
Tableau 19 : paramètres électrochimiques de l'acier A105 dans l'eau déminéralisée
sans et avec addition de Na3P04 .
C Na3PO4
(ppm)
0
10
20
30
40
60
taux
2
Ei=0(mV/Ag/AgCl)
icorr(µA/cm )
-392,8
-339,7
-336,7
-332,7
-335
-350,3
0,0406
0,03
0,02792
0,0034
0,01745
0,058
23,04%
31,23%
91,62%
57,01%
Corrosif
Tableau 20 : variation du pH et icorr de l'eau déminéralisée en fonction de la
concentration de Na3P04.
C
Na3PO4
(ppm)
pH
icorr(µA/cm2)
0
5,45
0,0406
10
5,91
0,03
20
7,62
0,02792
30
7,77
0,0034
40
8,04
0,01745
60
8,19
0,058
Figure 31: relation entre le icorr et le pH de l'eau déminéralisée en présence Na3P04.
70
Chapitre 5
L'analyse des résultats obtenus (Tableau 19, Tableau 20 et figure 31) montre que l'addition
de Na3P04 à l'eau déminéralisée à des concentrations croissantes allant de 10ppm jusqu'à
30 ppm a pour effet d'augmenter le taux d'inhibition jusqu'à 91,62%. Nous avons attribué la
protection à l'augmentation du pH du milieu par libération des ions OH-40 selon la
réaction (29):
Na 3 PO 4  3H 2 O  3Na   3OH   H 3 PO 4
(29)
et la formation d'un composé peu soluble qui précipite sur les zones anodiques.
Pour des concentrations supérieures à 30 ppm, le taux de corrosion augmente de nouveau.
Cet effet serait attribué à la nature des produits de corrosion et leur adhérence à la surface
métallique.
I.3.6.4. Influence de la température
Du fait que la température est l'un des facteurs susceptible de modifier le comportement de
l'acier A105 en présence d'inhibiteur, nous avons effectué une étude de cet alliage dans
l'eau déminéralisée à 30 ppm de Na3P04 , à différentes températures. Les résultats obtenus
sont illustrés dans la figure 32.
déminéralisée à 30ppm de Na3P04, à différentes températures.
71
Chapitre 5
Tableau 21: valeurs du potentiel à courant nul de l'acier A105 dans l'eau
déminéralisée à 30ppm de Na3P04 en fonction de la température.
Température (°C)
Ei=0(mV/Ag/AgCl)
25
40
60
80
95
-332,7
-404,7
-467,67
-339,1
-337,5
L'examen de la figure 32 et le tableau 21 montrent que la température provoque un
déplacement du potentiel de corrosion vers des valeurs plus négatives.
I.3.6.5.Influence de l'agitation
Pour étudier l'influence de l'agitation sur le comportement de l'acier A105 en présence de
phosphate trisodique, nous avons choisi la solution menée avec 30 ppm de Na3P04.
déminéralisée à 30ppm de Na3P04, en absence et en présence de l'agitation.
30ppm de Na3P04, sans et avec agitation.
Sans agitation
Avec agitation
Ei=0(mV/Ag/AgCl)
icorr(µA/cm2)
-332,7
-346,4
0,0034
0,025
72
Chapitre 5
L'examen des résultats obtenus (figure 33 et tableau 22) montre que l'agitation provoque un
déplacement du potentiel de corrosion vers des valeurs plus négatives. Ce comportement
s'accompagne d'une augmentation de la densité de courant de corrosion. L'augmentation de
la vitesse de corrosion est attribuée à la dispersion des produits de corrosion .Le film formé
dans ce cas ne serait pas de nature à protéger la surface métallique contre les réactifs.
I.3.6.6. Influence de la dureté totale (TH) sur la passivation de l'acier A105 en
présence de Na3P04 .
Pour étudier l'influence de la dureté totale sur la qualité de la couche protectrice en
présence de 30 ppm de Na3P04, nous avons réalisé une étude comparative entre l'eau
déminéralisée (TH=0) et l'eau distillée (TH=2,2°f). Les résultats obtenus sont illustrés sur
les figures 34, 35.
Figure 34: courbe de polarisation obtenues pour l'acier A105 immergé dans l'eau
déminéralisée à 30ppm de Na3P04.
73
Chapitre 5
Figure 35: courbe de polarisation obtenues pour l'acier A105 immergé dans l'eau
distillée à 30ppm de Na3P04.
D'après les résultats obtenus (figures 34, 35) nous observons que l'étendue du pallier de
passivation est plus grande dans l'eau distillée que dans l'eau déminéralisée .Ce résultat
suggère que les ions calcium et magnésium contribuent d'une façon remarquable à
l'amélioration de l'adhérence et la compacité de la couche protectrice formée à la surface
métallique.
74
Chapitre 5
Partie II: Etude du comportement de l'acier A105 dans l'eau
adoucie.
Les essais de cette partie ont été faits dans les mêmes conditions opératoires et pour les
mêmes objectifs que la partie précédente.
II.1. Comportement de l'acier A105 dans l'eau adoucie
II.1.1. Evolution du potentiel d'abandon en fonction du temps
Le tableau 23 et la figure 36 présentent l'évolution du potentiel libre en fonction du temps
de l'acier A105 dans l'eau adoucie.
Tableau 23: Evolution du potentiel libre en fonction du temps de l'acier A105
immergé dans l'eau adoucie.
temps (mn)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
essai n°1
E(mV/Ag/AgCl)
-361
-444
-459
-472
-488
-509
-514
-525
-535
-545
-547
-567
-579
-589
-598
-603
-606
-610
-613
-616
-619
-621
-622
-622
-621
-620
-619
-619
-619
-619
-619
essai n°2
E(mV/Ag/AgCl)
-352
-451
-477
-496
-509
-522
-532
-541
-551
-558
-567
-575
-584
-592
-599
-602
-605
-609
-611
-612
-613
-615
-617
-619
-619
-620
-622
-623
-622
-622
-622
75
essai n°3
E(mV/Ag/AgCl)
-385
-459
-484
-500
-515
-527
-535
-545
-532
-560
-567
-574
-581
-588
-594
-600
-606
-609
-609
-608
-608
-608
-609
-609
-610
-610
-611
-615
-615
-616
-617
Chapitre 5
31
32
33
34
35
36
37
-619
-619
-619
-622
-622
-622
-622
-622
-622
-622
-618
-619
-619
-619
-620
-620
-621
dans l'eau adoucie.
Le tableau 23 et la figure 36 montrent qu'il y a une attaque continue de la surface
métallique dans l'eau adoucie. La forte évolution du potentiel libre au début de l'immersion
vers des valeurs plus négatives est l'indice que plusieurs réactions se déroulent sur la
surface de l'électrode et que l'état d'interface (électrode/ électrolyte) est modifié au cours du
temps. Puis , la stabilité du potentiel libre indique que l'on s'écarte pas trop d'un état
d'équilibre thermodynamique où les systèmes oxydant/réducteur qui participent à la
corrosion sont de même cinétique tout au long de l'immersion de l'électrode dans le milieu
considéré.
76
Chapitre 5
II.1.2. Influence de la température
Sur la figure 37, nous avons porté les courbes de polarisation (i-E) obtenues pour l'acier
A105 immergé dans l'eau adoucie à différentes températures .
adoucie à différentes températures.
Tableau 24: valeurs du potentiel à courant nul de l'acier A105 dans l'eau adoucie en
fonction de la température.
Température (°C)
Ei=0(mV/Ag/AgCl)
25
40
60
80
95
-598,6
-607,0
-635,3
-610,7
-599,2
L'examen des résultats obtenus (figure 37 et tableau 24) montre que l'augmentation de la
température s'accompagne d'un déplacement du potentiel de corrosion vers des valeurs
moins nobles.
77
Chapitre 5
II.1.3. Influence de l'agitation
Les courbes de polarisation de l'acier A105 dans l'eau adoucie agitée et non agitée se
trouvent sur la figure38.
adoucie sans et avec agitation.
Tableau 25: paramètres électrochimiques de l'acier A105 dans l'eau adoucie sans et
avec agitation.
Ei=0(mV/Ag/AgCl)
icorr(µA/cm2)
eau adoucie non agitée
-590,9
3,491
eau adoucie agitée
-409,7
1,4283
D'après la figure 38 et le tableau 25 nous observons que l'agitation de l'eau adoucie a pour
but de déplacer le potentiel de dissolution vers des valeurs plus nobles .Ce comportement
pourrait être attribué à l'homogénéité de la solution électrolytique;l'agitation a pour but
d'égaliser la différence de concentration des réactif et des produits entre l'interface
78
Chapitre 5
(électrode / électrolyte ) et le sein de la solution, empêchant ainsi la formation des piles de
concentration qui contribuent d'une façon prépondérante à la corrosion.
1.4. Influence du milieu
Afin de voir l'influence de l'adoucissement sur la résistance à la corrosion de l'acier A105,
nous avons réalisé une série de mesures dans l'eau souterraine (eau avant traitement) et
l'eau adoucie ( eau après adoucissement).
1.4.1. Evolution du potentiel libre en fonction du temps
Le tableau 26 et la figure 39 donnent la variation du potentiel libre de l'acier A105 dans les
différents milieux.
Tableau 26: évolution du potentiel libre en fonction du temps de l'acier A105 dans
l'eau adoucie et eau souterraine.
temps (mn)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
Eau adoucie
E(mV/Ag/AgCl)
-361
-444
-459
-472
-488
-509
-514
-525
-535
-545
-547
-567
-579
-589
-598
-603
-606
-610
-613
-616
-619
-621
-622
-622
-621
-620
-619
-619
-619
-619
Eau souterraine
E(mV/Ag/AgCl)
-325
-367
-382
-385
-398
-417
-437
-451
-468
-480
-493
-506
-515
-520
-525
-529
-531
-534
-535
-536
-537
-537
-538
-539
-540
79
Chapitre 5
30
31
32
33
-619
-619
-619
-619
Figure 39 : évolution du potentiel libre en fonction du temps de l'acier A105 immergé
dans l'eau adoucie et eau souterraine.
L'analyse des résultats obtenus (tableau26 et figure39) permet de faire les constatations
suivantes:

L'allure de la courbe (potentiel/temps) dans l'eau adoucie est semblable à celle de
l'eau souterraine. L'acier subit une attaque continue dans les deux milieux.

Le meilleur comportement à la corrosion est observé dans l'eau souterraine.
80
Chapitre 5
1.4.2. Courbes de polarisation
La figure 40 donne les courbes de polarisation de l'acier A105 dans les différents milieux.
.
Figure 40: évolution du potentiel libre en fonction du temps de l'acier A105 immergé
dans l'eau adoucie, eau souterraine.
De cette figure nous remarquons que l'eau adoucie est plus agressive que l'eau souterraine.
Cette agressivité est dû essentiellement aux ions chlorures qui ont pour but d'augmenter la
conductivité.
1.5. Influence de l'hydrazine sur le comportement de l'acier A105 dans l'eau adoucie.
1.5.1.Evolution du potentiel libre en fonction du temps
Le tableau 27et la figure 41donnent la variation du potentiel d'abandon en fonction du
temps de l'acier A105 immergé dans l'eau adoucie en présence de l'hydrazine à différentes
concentrations.
81
Chapitre 5
l'eau adoucie en présence de l'hydrazine à différentes concentrations.
CN2H4(M)
temps(mn)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
0
E(mV/Ag/AgCl)
-361
-444
-459
-472
-488
-509
-514
-525
-535
-545
-547
-567
-579
-589
-598
-603
-606
-610
-613
-616
-619
-621
-622
-622
-621
-620
-619
-619
-619
-619
-619
-619
-619
-619
2,815.10-3
E(mV/Ag/AgCl)
-335
-328
-325
-324
-325
-326
-323
-323
-320
-320
-319
-315
-315
-315
-315
-311
-311
-311
-311
82
5,63.10-3
E(mV/Ag/AgCl)
-330
-327
-324
-324
-321
-320
-319
-318
-317
-316
-315
-314
-313
-312
-311
-310
-311
-309
-308
8,44.10-3
E(mV/Ag/AgCl)
-324
-328
-325
-324
-324
-320
-317
-318
-314
-312
-311
-313
-308
-309
-308
-307
-306
-305
-304
-303
-302
-301
Chapitre 5
dans l'eau adoucie en présence de N2H4 à différentes concentrations.
D'après le tableau 27et la figure 41 nous constatons, comme dans l'eau déminéralisée, que
le potentiel libre évolue rapidement vers les potentiels positifs.
La figure 42 illustre les courbes de polarisation de l'acier A105 dans l'eau adoucie en
présence de N2H4 à différentes concentrations.
83
Chapitre 5
Figure 42 : courbes de polarisation obtenues pour l'acier A105 immergé dans l'eau
adoucie en présence de N2H4 à différentes concentrations.
Tableau 28: valeurs du (Ei=0) et icorr obtenues pour l'acier A105 immergé dans l'eau
adoucie en présence de N2H4 à différentes concentrations.
C
(mole/l)
0
2,815.10-3
-3
5,63.10
8,44.10-3
N2H4
Ei=0(mV/Ag/AgCl)
-590,9
-379,2
-351,9
-338,9
2
icorr(µA/cm )
3,491
0,0067
0,00043
0,000249
L'examen des résultats obtenus (figure42 et tableau 28) permet de faire les remarques
suivantes:

L'addition de N2H4
à l'eau adoucie a pour effet un déplacement remarquable du
potentiel de corrosion vers des valeurs plus nobles.
84
Chapitre 5

L'allure des courbes de polarisation montre que l'alliage A105 présente un phénomène
de passivation .Ce résultat confirme bien les résultats obtenus par les courbes (potentiel
/temps)
1.5.3. Influence de la concentration de l'hydrazine sur le pouvoir protecteur
Le tableau 29 regroupe les paramètres électrochimiques déduits des courbes de polarisation
obtenus dans l'eau adoucie maintenue à la température ambiante (25°C), en présence de
N2H4 à différentes concentrations.
.
Tableau 29 : paramètres électrochimiques de l'acier A105 dans l'eau adoucie sans et
avec addition de N2H4.
C
N2H4 (mole/l)
0
2,815.10-3
5,63.10-3
8,44.10-3
1,126.10-2
1,68.10-2
Ei=0(mV/Ag/AgCl)
-590,9
-379,2
-351,9
-338,9
-361
-366
icorr(µA/cm2)
3,491
0,0067
0,00043
0,000249
0,1991
3,9403
taux
99,80%
99,98%
99,99%
94,29%
corrosif
Tableau 30 : variation du pH et icorr de l'eau adoucie en fonction de la concentration
de N2H4.
C N2H4( mole/l)
pH
icorr(µA/cm2)
0
7 ,56
3,491
2,815.10-3
9,22
0,0067
5,63.10-3
9,35
0,00043
8,44.10-3
9,41
0,000249
1,126.10-2
9,44
0,1991
Figure 43:relation entre le icorr et le pH de l'eau adoucie en présence de N2H4.
85
1,68.10-2
9,49
3,9403
Chapitre 5
L'étude détaillée de l'influence de l'hydrazine montre que leur efficacité inhibitrice
augmente avec la concentration en solution et atteint une valeur maximale d'environ
99,99 % pour une concentration de (8,44.10-3M) .Pour des concentrations supérieures, cette
efficacité inhibitrice diminue et le taux de corrosion augmente de nouveau.
1.5.4. Influence de la température
La figure 44 donne les courbes de polarisation de l'alliage A105 obtenues à différentes
températures, dans l'eau adoucie à 8,44.10-3M de N2H4.
adoucie à 8,44.10-3M de N2H4, à différentes températures.
Tableau 31: valeurs du potentiel à courant nul de l'acier A105 dans l'eau adoucie à
8,44.10-3M de N2H4 en fonction de la température.
Température (°C)
Ei=0(mV/Ag/AgCl)
25
40
60
80
95
-338,9
-410,4
-448,2
-438
-396,6
86
Chapitre 5
D'après la figure 44 et le tableau 31 nous observons que l'augmentation de la température a
pour effet un déplacement remarquable du potentiel de corrosion vers des valeurs plus
négatives.
1.5.5. Influence de l'agitation
Dans la figure 45 il y a les courbes de polarisation obtenues pour l'acier A105 immergé
dans l'eau adoucie à 8,44.10-3M de N2H4 , en absence et en présence de l'agitation.
adoucie à 8,44.10-3M de N2H4 , en absence et en présence de l'agitation.
Tableau 32:influence de l'agitation sur les valeurs du potentiel (Ei=0) et de icorr de
l'acier A105 dans l'eau adoucie à 8,44.10-3M de N2H4.
2
Ei=0(mV/Ag/AgCl)
icorr(µA/cm )
Sans agitation
-338,9
0,000249
Avec agitation
-479,6
0,4357
87
Chapitre 5
L'examen des résultats obtenus (figure 45, tableau 32) montre que l'agitation du milieu
corrosif a pour but de déplacer le potentiel de corrosion vers des valeurs plus négatives.
1.6. Influence de Na3PO4 sur le comportement de l'acier A105 dans l'eau adoucie
1.6.1. Evolution du potentiel en fonction du temps
Le tableau 33 et la figure 46 donnent la variation du potentiel d'abandon en fonction du
temps de l'acier A105 immergé dans l'eau adoucie en présence de Na3PO4 à différentes
concentrations.
l'eau adoucie en présence de Na3PO4 à différentes concentrations.
C Na3PO4
(ppm)
Temps(mn)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
0
E(mV/Ag/AgC
l)
-352
-451
-477
-496
-509
-522
-532
-541
-551
-558
-567
-575
-584
-592
-599
-602
-605
-609
-611
-612
-613
-615
-617
-619
-619
-620
-622
-623
-622
-622
-622
10
E(mV/Ag/AgC
l)
-411
-431
-472
-500
-526
-540
-548
-554
-559
-563
-564
-569
-570
-570
-570
-569
-568
-568
-568
-568
-568
-568
-567
-567
20
E(mV/Ag/AgC
l)
-306
-396
-475
-485
-504
-529
-543
-554
-555
-556
-557
-558
-554
-551
-549
-548
-548
-548
-548
-547
88
30
E(mV/Ag/AgC
l)
-310
-377
-411
-438
-459
-474
-495
-520
-530
-531
-536
-540
-542
-538
-538
-537
-537
-536
-536
-536
50
E(mV/Ag/Ag
Cl
-339
-408
-470
-512
-536
-541
-540
-548
-550
-547
-543
-538
-536
-532
-525
-522
-523
-519
-519
-519
-519
-519
-519
-519
-519
Chapitre 5
31
32
33
34
35
36
37
-622
-622
-622
-622
-622
-622
-622
dans l'eau adoucie en présence de Na3PO4 à différentes concentrations.
L'évolution du potentiel pour l'essai réalisé sans inhibiteur caractérise la corrosion de
l'échantillon. Lorsque les essais sont conduits en présence de Na3PO4.nous observons que
le potentiel libre devient plus négatif puis tend vers des valeurs plus nobles. L'évolution
dans ce cas traduit l'attaque de l'acier suivie de passivation.
89
Chapitre 5
l'eau adoucie en présence de Na3PO4 à différentes concentrations.
adoucie en présence de Na3PO4 à différentes concentrations.
Tableau 34 : valeurs du (Ei=0) et icorr obtenues pour l'acier A105 immergé dans l'eau
adoucie en présence de Na3PO4 à différentes concentrations.
C
(ppm)
0
10
20
30
50
Na3PO4
Ei=0(mV/Ag/AgCl)
icorr(µA/cm2)
-590,9
-419,2
-375,6
-352
-333,8
3,491
2,7718
0,1263
0,1060
0,0784
90
Chapitre 5
Les résultats obtenus (figure 47, tableau 34) montre que l'addition de Na3P04 améliore la
résistance à la corrosion de l'alliage A105 .On assiste en effet à une diminution de la
densité de courant de corrosion et un déplacement du potentiel de corrosion vers des
valeurs plus nobles.
1.6.3. Influence de la concentration de Na3P04 sur le pouvoir protecteur
Le potentiel de dissolution, le courant de corrosion de l'acier A105 ainsi que l'efficacité
inhibitrice sont déterminés dans l'eau adoucie en présence de Na3P04 à différentes
concentrations. Les résultats sont regroupés dans le tableau 35 dont l'analyse permet de
constater que le taux d'inhibition maximal est observé pour une concentration de Na3P04
égale à 50 ppm et toute augmentation ultérieure de la concentration de Na3P04 est
accompagnée par une diminution de la valeur de l'efficacité inhibitrice.
Tableau 35: paramètres électrochimiques de l'acier A105 dans l'eau adoucie sans et
avec addition de Na3P04.
C Na3PO4
(ppm)
Ei=0(mV/Ag/AgCl)
icorr(µA/cm2)
taux
0
10
20
30
50
60
70
80
-590,9
-419,2
-375,6
-352
-333,8
-340,7
-341,5
-346,4
3,491
2,7718
0,1263
0,1060
0,0784
0,0855
0,0937
3,5959
20,60%
96,38%
96,96%
97,75%
97,55%
97,31%
corrosif
Tableau 36: variation du pH et icorr de l'eau adoucie en fonction de la concentration de
Na3P04.
C
Na3PO4
(ppm)
pH
icorr(µA/cm2)
0
7,52
3,491
10
8
2,7718
20
8,12
0,1263
30
8,21
0,1060
91
50
8,61
0,0784
60
8,64
0,0855
70
8,71
0,0937
80
8,85
3,5959
Chapitre 5
Figure 48:relation entre le icorr et le pH de l'eau déminéralisée en présence Na3P04.
1.6.4.Influence de la température
La figure 49 donne les courbes de polarisation obtenues pour l'acier A105 immergé dans
l'eau adoucie à 50 ppm de Na3P04, à différentes températures.
adoucie à 50 ppm de Na3P04, à différentes températures.
92
Chapitre 5
Tableau 37: valeurs du potentiel à courant nul de l'acier A105 dans l'eau adoucie
à 50 ppm de Na3P04 en fonction de la température.
Température (°C)
Ei=0(mV/Ag/AgCl)
25
40
60
80
95
333,8
-536,6
-544,6
-481,1
-476,1
A partir des résultats obtenus (tableau 37 et figure 49) nous enregistrons que
l'augmentation de la température s'accompagne d'un déplacement du potentiel de corrosion
vers des valeurs moins nobles.
II.1.6.5. Influence de l'agitation
La figure 50 regroupe les enregistrements obtenus pour l'acier A105 immergé dans l'eau
adoucie à 50 ppm de Na3P04, en absence et en présence de l'agitation.
adoucie à 50 ppm de Na3P04, en absence et en présence de l'agitation.
93
Chapitre 5
Tableau 38:influence de l'agitation sur le potentiel à courant nul (Ei=0) de l'acier A105
dans l'eau adoucie à 50 ppm de Na3P04.
Ei=0(mV/Ag/AgCl)
Sans agitation
avec agitation
-333,8
-412,2
D'après la figure 50 et le tableau 38, nous observons que l'agitation a pour effet un
déplacement remarquable du potentiel de corrosion vers des valeurs moins nobles.
94
Conclusion générale
Ce travail avait pour but d'étudier le comportement électrochimique de l'acier A105 utilisé
pour la fabrication des tubes vaporisateurs d'une chaudière à combustible dans l'eau
déminéralisée et adoucie, ainsi que l'effet de l'hydrazine et du phosphate trisodique sur la
résistance à la corrosion.
Pour atteindre ces objectifs nous avons effectué au niveau du laboratoire une série de
mesures électrochimiques : évolution du potentiel libre en fonction du temps, courbes de
polarisation E-i. Les résultats obtenus permettent de tirer les conclusions suivantes:

L'acierA105 subit une attaque continue dans les deux milieux: le potentiel libre se
déplace vers des valeurs moins nobles en fonction du temps.

L'eau déminéralisée est moins agressive que l'eau adoucie.

L'hydrazine et le phosphate trisodique ont un effet bénéfique vis à vis de la
corrosion de l'alliage A105 dans les milieux considérés .Ceci se traduit par une diminution
de la densité de courant de corrosion et un déplacement remarquable du potentiel de
corrosion vers des valeurs plus nobles.

L'emploi de l'hydrazine et le phosphate trisodique dans l'eau alimentaire doit être
effectué avec beaucoup de précautions car l'augmentation de la concentration de ces
inhibiteurs au delà de la concentration critique provoque un déplacement du potentiel de
corrosion vers des valeurs moins nobles.

L'étude de l'influence de la température révèle que l'alliage utilisé devient de moins
en moins résistant lorsque la température de la solution électrolytique croit de 25°C à95°C

En présence de l'hydrazine et du phosphate trisodique, la turbulence de l'eau a une
influence négative sur le comportement de l'acier A105.Elle favorise l'érosion de la surface
métallique.
95
Perspectives
Les méthodes électrochimiques stationnaires utilisées dans ce travail pour étudier le
comportement de l'alliage A105 vis-à-vis de la corrosion ne constituent pas la panacée
universelle et elles doivent être complétées par d'autres méthodes comme les mesures
d'impédance électrochimique et la micrographie pour cerner les mécanismes de corrosion.
96
Références bibliographiques
[1]: Jean PARISOT. Chaudière: principes de conception et de calcul –Généralités,
Technique de l'ingénieur.
[2]: Jean PARISOT .Chaudière : principes de conception et de calcul –Echangeurs, Circuit
air /fumées. Technique de l'ingénieur.
[3]: Friedrich NUBER et Karl NUBER .Calcul thermique des chaudières, édition Dunod
1972.
[4]: Michel RAOULT. La vapeur –mode d'emploi, réseaux thermiques et équipements sous
pression, édition Parisiennes 2003.
[5]:A.BOUDJELLA, Z.SENOUCI et al .Séminaire sur l'exploitation de la maintenance
des chaudières industrielles .Centre Inter Entreprise de formation industrielle, Du 14 au
18/02/2004.
[6]:J.J Rameau .Corrosion dans les chaudières générateurs d'énergie thermique.3eme école
magrébin de corrosion 'KENITA' .mars 1995.
[7]:I.LAKHTINE .Métallographie et traitements thermiques des métaux, édition MIR
MOSCOU.
[8]: Guy MURRY .Aciers –Généralités, Technique de l'ingénieur, traité Métallurgie.
[9]: Marc GRUMBACH .Propriétés des alliages –Aciers d'usage général, Technique de
l'ingénieur, traité Métallurgie.
[10]: Pierre MAITRE .Formulaire de la construction métallique, édition le Moniteur.
[11]: C. Chaussin et G .Hilly .Métallurgie- alliages métalliques, tome1, édition Dunode
1976.
[12]: Jean philibert, Alain Vignes,Yyves Bréch, Pierre Combrade. Métallurgie du minerai
au matériau, édition MASSON.
[13]:J. Barralis, G.Maeder .Précis de métallurgie –Elaboration, structure, propriétés,
normalisation, Afnor-Nathan1997.
[14]: Matériaux. Lycée Vauban, Brest- classe de PTSI.
[15]: Jean- Claud BOEGLIN .Propriétés des eaux naturelles, Technique de l'ingénieur,
traité environnement.
[16]: Jean RODIER, C. Bazin, J.P –Broutin, P. Chambon .L'analyse de l'eau –eaux
naturelles ,eaux résiduaires , eau de mer ,8e édition.
[17]: Les eaux minérales et le gaz carbonique. Division nationale des eaux minérales
thermales, bureau de recherches géologiques et minières, Octobre 1997.
[18]: Jacques LECONTE .Tuyautries –Protection contre la corrosion, Technique de
l'ingénieur, Machines hydrauliques et thermiques.
[19]: André DUPONT .Hydraulique urbaine, tome1, édition EYROLLES 1981.
[20]: Franck Rejsek .Analyse des eaux –Aspects réglementaires et techniques.
[21]: Memento technique de l'eau, tome1, édition du cinquantenaire1989.
[22]: Raymond Desjardins. Le traitement des eaux, édition de l'école Polytechnique de
Montréal ,2e édition.
[23]: Article rédigé par Viviane Renaudin, relu par Guillaume champion ,Le dessalement
de l'eau de mer et des eaux saumâtres ,18 novembre 2003.
[24]: Les eaux brutes destinées à la potabilisation .Office International de l'eau –Janvier
2000, Mise à jour : Août 2002.
[25]: Cyril GOMELLA et Henri GUERREE .Le traitement des eaux publiques,
industrielles et privées, édition Eyrolles 1978,deuxième édition.
[26]: Jean –Claude BOEGLIN .Traitement physico-chimiques de la pollution insolubles,
Technique de l'ingénieur, traité environnement.
[27]: René BOUIGE et DANIEL COUILLARD. Traité pratique de chauffage, édition J-B
BAILLIERE.
[28]: Robert PERRIN et Jean –Pierre SCHAREF .Chimie industrielle, 2e édition.
[29]: Pour la protection des circuits d'eau .Tiré à part de la revue CFP (janvier 2001).
[30]: A. BOUVENOT. Transferts de chaleur, édition MACCON.
[31]:H. UHLIG .Corrosion et protection, édition DUNOD 1970.
[32]:C.FUVELLE. Introduction à la corrosion –Formes et prévention.
[33]: DEGHFEL NADIR, REHAMNIA RABAH. Introduction à la corrosion et aux
inhibiteurs de corrosion .Université MOHAMED BOUDIAF, Institut de chimie M'SILA.
[34]:Jean-Jacques Lamoureux .Précis de corrosion .édition MASSON 1994.
[35]: Francis NORDMANN et Gérard PINARDLERY .Chimie de l'eau et corrosion dans
les REP, Technique de l'ingénieur, traité Génie nucléaire.
[36]:Jean-Louis CROLET et Gérard BERANGER .Corrosion en milieu aqueux des métaux
et alliages, Technique de l'ingénieur, Traité Matériaux métalliques.
[37]: Mr: LEFKIR .Séminaire de corrosion et d'anticorrosion –corrosion dans les
chaudières ,30-31 mai 92 –SIDER- ANNABA.
[38]: Julien BODIVIT et Matthieu B RIBANT .Le traitement des eaux de chaudière, IUT
De Besançon- vesoul.
[39]: American Society for testing and Materials.
[40]: Christian FIAUD. Inhibiteur de corrosion. Technique de l'ingénieur, traité
métallurgie.
[41]:J.BENARD, A.MICHEL, J.philibert et J.TALBOT. Métallurgie générale, édition
MASSON 1969.
[42]: Lionel JAUBERT. Thèse de doctorat," Etude de la corrosion uniforme d'aciers non
alliés et inoxydables:utilisation conjointe de l'émission acoustique et des techniques
électrochimiques". L'institut National des Sciences Appliquées de Lyon.
[43]: Badr ASSOULI. Thèse de doctorat "Etude par émission acoustique associe aux
méthodes électrochimiques de la corrosion et de protection de l'alliage cuivre-Zine (60/40)
en milieux neutre et alcalin". Université IBN TOAFAIL (KENITRA-MAROC) et l'institut
National des Sciences Appliquées de (LYON-FRANCE).

Sihem KHERRAF - Université 20 août 1955 Skikda

Transcription

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