Notice technique Corrosion par des éléments galvaniques

Schweizerischer Verein des Gas- und Wasserfaches
Société Suisse de l’Industrie du Gaz et des Eaux
Società Svizzera dell’Industria del Gas e delle Acque
Swiss Gas and Water Industry Association
W10 018
SVGW
SSIGE
SSIGA
SGWA
f édition février 2011
IN FO R M ATIO N
Notice technique
Corrosion par des éléments galvaniques
dans la connexion de différents matériaux
de conduites d’eau potable dans les
installations domestiques
SSIGE, Grütlistrasse 44, case postale 2110, 8027 Zurich
Téléphone 044 288 33 33, fax 044 202 16 33, www.ssige.ch
Schweizerischer Verein des Gas- und Wasserfaches
Société Suisse de l’Industrie du Gaz et des Eaux
Società Svizzera dell’Industria del Gas e delle Acque
Swiss Gas and Water Industry Association
W10 018
SVGW
SSIGE
SSIGA
SGWA
f édition février 2011
I NFOR M ATION
Notice technique
Corrosion par des éléments galvaniques
dans la connexion de différents matériaux
de conduites d’eau potable dans les
installations domestiques
Copyright by SVGW, Zürich
Impression: Stämpfli Publikationen AG
Tirage 02/2011: 1000 exemplaires
Reproduction interdite
En vente auprès de l’administration de la SSIGE
([email protected])
SSIGE, Grütlistrasse 44, case postale 2110, 8027 Zurich
Téléphone 044 288 33 33, fax 044 202 16 33, www.ssige.ch
TABLE DES MATIÈRES
pages
1
Introduction
3
2
Objectif et domaine d’application
3
3
Définitions
3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Electrolyte
Elément galvanique
Couche de passivation
Matériau noble
Matériau non noble
3
3
3
3
3
4
Bases de la corrosion
4
5
Solutions
6
5.1
5.2
5.3
Introduction
Séparation électrique
Intégration d’une zone isolante
6
6
7
6
Effets de l’exploitation et expériences générales
7
6.1
6.2
6.3
6.4
Règles d’écoulement
Composition de l’eau
Montage de raccords ou d’armatures en bronze
Acier inoxydable
7
8
8
8
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1
Introduction
A l’heure actuelle, de nombreux matériaux différents sont disponibles pour la construction
d’installations d’eau potable. Dans certains cas, leur combinaison peut fortement accélérer la
corrosion et provoquer des perforations en quelques années. Ces effets peuvent êtres très
importants dans les nouvelles constructions, mais aussi lors d’extensions ou de réparations
d’installations existantes.
2
Objectif et domaine d’application
Cette notice technique présente les principes de base ainsi que des solutions concrètes pour
diminuer les dommages dus à la corrosion interne en raison de la formation d’éléments galvaniques dans les installations domestiques d’eau potable (eau froide).
3
Définitions
3.1
Electrolyte
Dans le présent document, l’électrolyte est une solution aqueuse contenant des sels dissous
(par ex. l’eau potable). L’électrolyte peut conduire le courant à travers le mou-vement des ions.
3.2
Elément galvanique
Un élément galvanique se forme lorsque deux métaux ayant des potentiels différents sont
connectés entre eux et sont en contact avec un électrolyte. Le courant qui passe dans l’élément galvanique entraîne une forte accélération de la corrosion du matériau le moins noble.
3.3
Couche de passivation
C’est une fine couche protectrice formée d’oxydes à la surface de certains métaux. La résistance à la corrosion du métal s’en trouve fortement augmentée, et ainsi son comportement
électrochimique devient comparable à celui d’un métal noble.
3.4
Matériau noble
Le terme n’est pas défini techniquement. Il désigne couramment un matériau qui prend un
potentiel plutôt positif au contact d’un électrolyte. Il peut s’agir d’un métal noble (par ex. cuivre)
ou de matériaux passivés (par ex. acier inoxydable).
3.5
Matériau non noble
Le terme n’est pas défini techniquement. Il désigne couramment un matériau qui prend un
potentiel plutôt négatif au contact d’un électrolyte. La formation d’éléments galvaniques accélère la corrosion d’un «matériau non noble» lorsqu’il est en contact avec un «matériau noble».
L’acier ou l’acier galvanisé sont typiquement des matériaux non nobles.
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4
Bases de la corrosion
La corrosion est l’interaction électrochimique entre un métal et son environnement, qui provoque une modification des caractéristiques du métal. Cette modification a une influence
considérable sur la fonction du métal, l’environnement (eau potable) ou le système technique.
Ce processus de corrosion électrochimique se déroule en deux réactions partielles séparées.
D’une part, lors de l’oxydation anodique, l’atome de métal est libéré de la structure cristalline,
en larguant des électrons, et passe dans la phase aqueuse (électrolyte) en tant qu’ion chargé
positivement d’après la réaction (1).
Fe → Fe2+ + 2e–
(1)
D’autre part, la réduction cathodique de l’oxygène se produit selon l’équation (2).
O2 + 2 H2O + 4e– → 4 OH–
(2)
Afin que le processus de corrosion puisse se dérouler, l’oxygène doit être réduit dans les
mêmes proportions que la dissolution de fer par l’oxydation. Cela signifie que le nombre d’électrons transformés dans la réaction d’oxydoréduction doit toujours être égal. Ce rapport est
représenté par les flèches dans la fig. 1. Un processus de corrosion est représenté par une
flèche rouge qui sort du métal. Une flèche bleue qui entre dans le métal indique une réduction
d’oxygène.
Certains matériaux peuvent être passivés à travers la formation d’une couche protectrice
d’oxyde. Dans le cas de la passivation, le processus de corrosion est largement bloqué par ce
film protecteur. L’acier inoxydable est un exemple typique de matériau passivé.
Fig. 1 Réactions électrochimiques se déroulant sur la surface de l’acier en cas de corrosion et de passivation. Ce
film protecteur est représenté en jaune. Les flèches rouges montrent les réactions d’oxydation, et les flèches
bleues les réactions de réduction.
En cas de contact des matériaux avec l’eau, un potentiel électrochimique se crée sur la surface
de contact. Ce potentiel dépend du matériau, des taux d’oxygène et des ions métalliques dissous dans l’eau, ainsi que de la formation d’une couche de passivation et de dépôts. Des
exemples de potentiels de corrosion de différents matériaux dans l’eau potable sont représentés dans le tableau 1 et la fig. 2.
Métal
Cuivre dans l’eau
Acier inoxydable dans l’eau
Bronze et sili-bronze dans l’eau
Laiton dans l’eau
Fer dans l’eau aérée
Fer dans l’eau stagnante
Acier galvanisé dans l’eau
Potentiel [V CSE]
–0,10
–0,10
–0,20
–0,35
–0,55
–0,75
–1,0
Tab. 1 Exemples de potentiels de corrosion de différents matériaux dans l’eau potable, mesurés sur une électrode
cuivre-sulfate de cuivre (CSE).
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Fig. 2 Exemples de potentiels électrochimiques de matériaux métalliques dans l’eau potable.
La connexion conductrice de deux matériaux au potentiel différent entraîne la formation d’un
élément galvanique. La réduction de l’oxygène peut se dérouler sur les deux matériaux, alors
que l’oxydation métallique se produit principalement sur le matériau ayant le potentiel le plus
négatif. Ceci entraîne une accélération de la corrosion sur la pièce ayant le potentiel le plus
bas. Cette corrosion est d’autant plus prononcée que la surface du matériau le plus négatif en
contact avec l’eau est faible par rapport à la surface du matériau au potentiel le plus positif en
contact avec l’eau.
Dans certain cas peu favorables, cet élément galvanique peut provoquer des vitesses de corrosion allant jusqu’à deux millimètres par an.
Abb. 3 Combinaison d’acier inoxydable et d’acier galvanisé (gris). a) Sans revêtement intérieur; b) avec revêtement
(vert) de l’acier galvanisé.
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Les exemples de combinaisons de matériaux peu favorables sont représentés à la fig. 3. En
raison des potentiels différents de l’acier galvanisé et inoxydable, la connexion électrique provoque un élément galvanique et une accélération de la corrosion (fig. 3a). L’acier galvanisé est
davantage attaqué. Un revêtement intérieur en résine synthétique augmente encore la vitesse
de la corrosion locale, car le courant se concentre dans les défauts du revêtement (fig. 3b).
5
Solutions
5.1
Introduction
En principe, les solutions décrites pour empêcher la corrosion galvanique dans les circuits
d’eau peuvent être utilisées pour tous les matériaux avec des potentiels de corrosion différents. Les exemples ci-dessous sont discutés avec la combinaison d’acier galvanisé et d’acier
inoxydable.
Il est à noter que toutes les directives sur la protection des personnes doivent être respectées.
Ceci requiert une connexion équipotentielle entre les boîtiers des équipements électriques et
les pièces métalliques (par ex. conduites d’eau et de chauffage) d’une longueur supérieure à
6 m et d’une surface dépassant 1 m² dans le bâtiment. Cette liaison équipotentielle empêche
l’apparition de différences de tensions dangereuses en cas de défauts de l’installation électrique.
5.2
Séparation électrique
Une solution possible au problème de la corrosion par la formation d’éléments galvaniques est
la séparation électrique des deux matériaux. L’intégration d’un raccord isolant ou d’une bride
isolante interrompt le flux de courant dans le métal, et l’élément galvanique est supprimé. En
pratique, il n’est pas rare que cette séparation soit court-circuitée par la liaison équipotentielle
ou par des contacts accidentels dans l’installation. La mesure de protection devient alors inutile. Le plus souvent, la séparation électrique n’est donc envisagée que pour isoler des armatures.
Abb. 4 Séparation d’un clapet antiretour avec boîtier en fonte revêtu et de la conduite en acier inoxydable (NRST)
à l’aide de brides isolantes. Le revêtement intérieur et l’isolation sont représentés en vert.
Un exemple est illustré à la figure 4. Un clapet antiretour en fonte revêtu peut être intégré à une
conduite en acier inoxydable à l’aide de deux brides isolantes. Dans ce cas, le pontage électrique du compteur d’eau ne favorise pas la corrosion (par éléments galvanique) tant que le
clapet antiretour n’est pas connecté à la liaison équipotentielle, en raison de sa dimension, et
qu’il n’est pas raccorde au réseau électrique.
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5.3
Intégration d’une zone isolante
L’effet de l’élément galvanisant peut être réduit non seulement en interrompant la connexion
électrique entre matériaux, mais aussi en augmentant la résistance électrique dans l’électrolyte. Une section de conduite isolante doit être intégrée entre les éléments ayant un potentiel
de corrosion différent. La longueur requise dépend de la conductivité de l’eau, du diamètre de
la conduite et de la différence de potentiel des matériaux. Généralement, la longueur de la zone
isolante dans les installations d’eau potable doit au moins correspondre à cinq fois le diamètre
de la conduite. Deux possibilités existent pour la création d’une zone isolante:
1.
Une conduite en plastique (pièce isolante) est intégrée entre l’acier inoxydable et l’acier
galvanisé (fig. 5a).
2.
La conduite en acier inoxydable (le matériau plus noble) est revêtue de plastique à l’intérieur et sur la surface des brides.
Dans les deux cas, il n’est pas nécessaire de séparer électriquement les deux sections de
conduite.
Fig. 5 Combinaison d’acier inoxydable (NRST) et d’acier galvanisé à l’aide d’un pont d’isolation. a) Montage d’une
conduite en plastique comme pièce isolante; b) revêtement de l’acier inoxydable et de la surface du flasque.
6
Effets de l’exploitation et expériences générales
6.1
Règles d’écoulement
Dans le cas du cuivre et d’alliages de cuivre, il faut noter que les conduites en cuivre doivent
toujours être montées après les conduites en acier galvanisé. Dans le cas contraire, cela augmente le risque de corrosion sur l’acier galvanisé. Il n’est pas nécessaire de suivre la règle
d’écoulement lorsqu’il n’y a qu’une armature en bronze, laiton ou sili-bronze, et pas d’autre
élément de tuyauterie. Dans ces cas, le risque de trous de corrosion sur l’acier galvanisé est
généralement négligeable.
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6.2
Composition de l’eau
Dans certains cas, la combinaison de matériaux ayant un potentiel de corrosion différent n’entraîne pas de corrosion galvanique. Ceci est dû à la formation d’une fine couche de calcaire
isolante sur le matériau le plus noble. C’est une conséquence de l’augmentation du pH due à
la réduction de l’oxygène selon la réaction (2), qui décale l’équilibre calco-carbonique en direction de la précipitation du calcaire.
6.3
Montage de raccords ou d’armatures en bronze
Dans le passé, la transition entre l’acier inoxydable à l’acier galvanisé était généralement assurée par un élément en bronze. Ceci peut entraîner une diminution de la différence de potentiel
dans l’élément galvanique selon le tableau 1 et ainsi une certaine réduction de la vitesse de
corrosion. Cependant, lorsque la composition de l’eau empêche la formation d’une couche de
protection sur le bronze, des dommages dus à la corrosion apparaissent. Cette mesure n’est
donc pas une protection fiable contre la corrosion.
6.4
Acier inoxydable
Aujourd’hui, différentes compositions d’alliages d’acier inoxydable sont autorisées pour la fabrication des conduites d’eau potable. L’interconnexion de divers alliages d’acier inoxydable
de potentiels de corrosion différents ne provoque pas d’accélération de la corrosion. La couche
de passivation évite l’apparition de corrosion et arrête la réaction galvanique, à condition que
l’acier inoxydable ait été traité correctement. L’utilisation de matériaux en acier au carbone,
une soudure inappropriée ou un traitement ultérieur insuffisant de celle-ci peuvent affecter la
formation d’une couche de passivation et provoquer des dommages de corrosion.
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