Protection cathodique - Anodes Sacrificielles



Information Technique

Qu’est-ce que la corrosion?

La corrosion est la destruction d´un matériel à cause d´une agression d´un métal par les réactions chimiques ou électrochimiques avec les composantes de l´entourage. Ce processus a lieu à l´endroit frontalier du métal et de l´environnement dans lequel il se trouve.

Tous les matériaux ont tendance à retourner à la condition stable, dans laquelle ils se trouvaient dans la nature.


La corrosion, le pire ennemi

Beaucoup de personnes pensent que si on utilise de l´acier inoxydable et des coques en fibre de verre renforcé , il n´y a pas de raison de soucis sur la protection du bateau. Mais, les matériaux modernes n´ont pas encore réussi de combattre le pire ennemi de nos bateaux, LA CORROSION.


Causes de corrosion

En réalité, la corrosion est une détérioration superficielle d´un matériel causée par des phénomènes électriques, chimiques ou mécaniques.

La différence potentielle entre les métaux et l´existence d´un électrolyte, en contact avec ces métaux, fait qu´un de ces métaux doit fonctionner comme une anode, souffrant d´ionisation ou détérioration. La détérioration qui peut être produite dans un métal sera proportionnel au flux des électrons reçu et dépendra de la puissance et la résistance du métal. Le principal facteur de la corrosion entre 2 métaux en contact, submergés dans un électrolyte, est la puissance, qui dépend de la chimique naturelle de l´anode et le cathode, soyant le premier attaquée ou dissoute tandis que la dernière reste le même.

Les entourages, dans ce cas, eau de mer, peuvent avoir une quantité de produits chimiques à peu près agressifs qui, en combinassions avec les changements de température, attaquent plusieurs matériaux en produisant de la corrosion sur la surface ou la structure. Nous nous voyons donc face au problème d´une type de corrosion chimique que nous devons combattre avec une protection appropriée. L´épuisement des pièces, due aux frottements, abrasion ou mouvement, réduit la couche protectrice, et ils détériorent.

Ceci est aussi connu comme corrosion mécanique.


Types de corrosion

Pas tous les phénomènes sont identiques vu qu´il y a différentes types de corrosion. Nous pouvons donc distinguer:

Corrosion global

Ce type de corrosion attaque toute la surface de la pièce uniformément. En général, ceci n´est pas une forme de corrosion grave vu que la rouille produite sert comme couche protectrice pour freiner la corrosion et affaiblir la pièce attaquée.

Corrosion poreuse

Il ne fait aucun doute que c´est la forme la plus sérieuse de corrosion car il est impossible de savoir quel est le profondeur de la corrosion dans la zone endommagée.

Corrosion sélective

Des défauts ou défauts dans l´alliage causent de la porosité de la pièce et finalement succombe.

         


Protection contre la corrosion

Tous les problèmes relatives à la corrosion doivent être considérés de 3 aspects fondamentaux.

L´aspect le plus important est sans doute le dessin technique. Comme la corrosion commence habituellement en même temps que le dessin et la construction du bateau, dans les différentes pièces, il faut tenir compte de la corrosion depuis ce moment. Il est très important de toute façon de surveiller la position des différents métaux, en s´assurant que le méthode de vissage est correct et que les différents métaux ne se contactent pas directement.

Les moteurs et tout type d´installation électrique doivent être installés correctement et se connecte correctement à la masse. Il est nécessaire que l´équipement radio ait sa propre mise à la terre, composée d´une plaque spéciale car il serait une grave erreur d´utiliser une valve passante ou d´autre moyens, desquels la détérioration serait d´importance vital pour la sécurité du bateau. Un autre facteur très important est l´adéquation de la peinture et l´antifouling avec le métal de la coque et la poupe.

La cause de la corrosion est le second aspect à prendre en considération. D´une manière générale, les causes sont toujours le résultat d´un manquement de la conformité avec les normes concernant les installations électriques du bateau, qui permettent le passage du courant à travers de pièces vitals du bateau. La première chose qu´il faut faire est vérifier la polarité de la masse de divers circuits. Après il est nécessaire voir si le courant est perdu quand on utilise plusieurs appareils, et ceci se mesure avec un testeur, en analysant si le courant consommé est plus élevé que le courant qui devrait être usés par chaque appareil.

Vous devez vous assurer qu´il n´y a pas de différents métaux en contact à bord. Quelque chose rarement pris en considération, mais pas moins important, est l´effet de la ventilation différentielle produite par humidité dans les zones cachés, qui est un phénomène causant un haut niveau de corrosion. Ce type de corrosion est fréquent dans les vis qui passent bois ou plastic et qui permettent que la humidité s´introduit au manque d´imperméabilité.

Enfin, le troisième aspect, est la protection. Cette protection est particulièrement importante dans les coques ou nous n´avons pas pu éviter quelques causes de corrosion provenant de la construction, par exemple la nécessité de joindre 2 métaux très différent. Les méthodes de protection contre la corrosion sont basés sur la sélection appropriée de l´alliage (métaux pure ou avec Crome et inhibiteurs) et une structure adéquate, et aussi couvrage de la surface avec matériaux spéciaux.

Pendant des années, le revêtement a été appliqué sur les pièces susceptibles à être attaqué, comme la galvanisation. Mais le traitement doit être très bien fait pour pouvoir offrir la meilleure protection et appart ça, des frottements et chocs peuvent détériorer la couche, laissant donc acteur la corrosion en dessous, et ceci est souvent pire.

Un autre type de revêtement est la peinture qui, soyant appliquée correctement et régulièrement, est un des meilleurs protecteurs. Toutefois, dans le cas de certaines pièces sélectionnées, la protection cathodique est la plus efficace. Comme nous allons expliquer, avec cette forme de protection il s´agit de sacrifier les métaux qui peuvent être contrôlés et remplacés en faveur des métaux qui doivent être protégés.


Le potentiel électrique des métaux

Comme nous avons vu, le phénomène corrosif le plus important est du type électrique. Spécialement avec l´utilisation des métaux modernes, toutes les formes de corrosion qui doivent être combattues dans le mer, sont de ce type.

Quand 2 métaux sont en contact à travers d´un liquide, il se produit une corrosion galvanique ou électrique. Le degré de cette corrosion dépendra fondamentalement sur la différence en potentiel électrique entre les 2 métaux en contact.

Plus le potentiel du métal est faible (négative), plus facile qu´il soit corrode. Autant, plus grande la différence en potentiel entre les 2 métaux en contact, plus grande sera la corrosion galvanique entre eux. Le résultat est que le métal avec le potentiel plus bas, sera le métal abîmé.

Le tableau indique le potentiel électrique des métaux les plus intéressants, qui se produit quand ils sont submerges dans l´eau de mer à 25ºC .

 

Le potentiel électrique de certains métaux dans l'eau salée à 25° C

Métaux

Potentiel électrique in V

Sodium -2.71
Magnésium -2.38
Aluminium -1.67
Manganèse -1.05
Zinc -0.76
Chrome -0.71
Acier -0.44
Cadmium -0.40
Nickel -0.25
Étain -0.14
Lead -0.13
Hydrogène 0
Cuivre  +0.35
Argent  +0.80
Mercure  +0.85

Le correct positionnement des anodes

Pour protéger une pièce en particulier, nous utilisons un métal avec un potentiel électrique négatif, et plus bas que le potentiel du métal de la pièce, mise en contact avec le métal à protéger. Ces métaux utilisez pour la protection, on les appelle “anodes”.

Les anodes se fabriquent dans des différentes formes et dimensions et sont spécialement faites pour être utilisées dans les bateaux. Comme norme général, Zinc ou Aluminium s´utilisent pour les anodes installées dans l´eau de mer et l´alliage de Magnésium s´utilise pour les bateaux dans l´eau douce.

Toutes les pièces métalliques du bateau doivent être en contact avec une anode. Pour l´installation de cette anode nous utilisons des boulons et câbles ou des câbles de connexion directement sur la pièce à protéger. Ces connecteurs ont besoin d´avoir une section transversal d´au moins 4 or 5 mm.

Il faut tenir compte de la position des anodes. Les Anodes doivent être situées parallèlement à la longitude du bateau, car c´est la seule forme d´obtenir le maximum de performance. Les Anodes et les points de contact avec les pièces ne peuvent être peints en aucun cas. Les boulons ou les vis doivent être utilisés pour attacher les anodes à l´objet, et de cette forme le remplacement sera plus facile.

Parmi les éléments qui exigent de la protection spéciale nous trouverons:

Hélice et arbre de transmission: dans le cas de l´arbre de direction, il faut utiliser une anode spéciale. Cette anode doit être installée à environ 3 – 4 mm du bloc d´appui de l´hélice. Mais, si le claxon est métallique, l´anode doit être installée tout près. Dans le cas d´un claxon fait d´un matériel non-conducteur (nylon, caoutchouc…), le vis de l´anode doit être en connexion avec le bloc moteur.

Gouvernails métalliques: Ceux ci exigent une anode circulaire qui doit être installée dans le centre de la lame.

Quilles métalliques: pour protéger ce zone du bateau, l´anode doit être installée sur chaque côté, boulonnée sur la quille.

Volot des bateaux à moteur: une anode se fixe sur la surface de chaque volet, longitudinalement au bateau. Si les volots sont faits en Aluminium, les vis doivent être galvanisés.

Les Anodes doivent être remplacées dès qu´elles montrent traces d´usure et il est très important de remplacer les anodes quand elles ont un 20% du poids de départ.


Qu'est ce qu'on peut protéger avec la protection cathodique?

  • NAVIRES.
  • CONDUITES SOUS-MARINES.
  • BOUÉE.
  • TRACK.
  • PONTONS.
  • CHARS.
  • CONDENSATEURS.
  • CANALISATION ENTERRÉE.
  • STOCKAGE DE L'EAU.
  • TOURS METAL.

Et, en général, n'importe quel métal qui est en contact avec un environnement hostile.


Comment combattre la corrosion?

La première méthode que nous pouvons utiliser contre la corrosion pourrait être l´isolation de la structure métallique en utilisant un revêtement isolant (ou un revêtement très stable). Ce type de protection s´appelle: PROTECTION PASSIVE.

Dans l´industrie moderne nous pouvons utiliser plusieurs types de revêtements isolants: resins, asphalte, peinture vinyle, époxy, caoutchouc… Dans tous ces revêtements, il y a plusieurs caractéristiques qui jouent un rôle très important dans l´élection du type de protection, i.e. valeur de la résistance, flexibilité, adhérence, point de ramollissement, pouvoir d´absorption d´eau…

PROTECTION PASSIVE est le système de protection dans lequel le métal est couvert avec un autre métal avec plus de résistance à la corrosion ou qui est capable de neutraliser le milieu de son entourage.

Il existe de nombreuses manières pour atteindre ce type de protection: l´utilisation d´électrolytes, par immersion, par aspersion… Il faut tenir compte de plusieurs facteurs pour choisir le métal et la manière de le couvrir. Par exemple: la porosité du métal conducteur et son comportement électrochimique par rapport au métal de base.

Une autre méthode de protection anti corrosion -et la plus importante- est la protection cathodique.

Dans la formation d´une pile galvanique, en introduisant la structure métallique dans un électrolyte, la destruction de la structure sera causée par la dilution des anodes vers les cathodes. Les électrons passent “d´un côté à l´autre” et enfin ceci commence à dissoudre l´ion métallique.

Or, ce processus nous donne une idée sur quelle méthode nous devrions utiliser pour protéger le cathode, en transformant la structure métallique qui a besoin de protection en cathode de la pile galvanique ou du circuit électrique. Nous pouvons faire ceci en recourant au série électrochimique des métaux et en choisissant un métal plus électronégatif pour pouvoir agir comme anode ou bien en connectant la structure au pôle négatif d´un générateur de courant continu. Le pôle positif s´introduit dans l´électrolyte concerné en utilisant une anode qui généralement ne se dissout pas ou ne se dissout pas rapidement. Avec cette méthode nous pouvons passer, à tout moment de la durée de l´installation, une tension réglable à la structure qui doit être protégée.

La première méthode est bien connue comme PROTECTION PAR ANODES SACRIFICIELLES, et la deuxième méthode est connue comme COURANTS IMPOSÉS.

Pour la fabrication des anodes sacrificielles nous pouvons utiliser plusieurs matières premières, mais, de toute façon les plus utilisées sont des alliages de Zinc, Aluminium et Magnésium. Magnésium pure ne peut pas être utilisé dans les systèmes de protection cathodique dans l´eau de mer en raison de sa vite détérioration. Toutefois, quelques de ses alliages son utilisés.

Certaines alliages d´Aluminium s´utilisent, mais les alliages les plus utilisés pour la fabrication des anodes sacrificielles sont de Zinc. Ces alliages ne doivent pas être contrôlés constamment et ceux ci fournissent un courant continu et efficace. Il est indispensable que le métal de base de ce type d´anode ait une haute pureté. La composition doit être faite suivant les spécifications actuelles. Fer est l´une des plus nuisibles impuretés en ce qui ce concerne l´activité des anodes de Zinc. La quantité maximum tolérée de Fe est 50ppm et en même temps il faut avoir certaines quantités de Cd et Al.


Protection extérieure d'un bateau avec anodes sacrificielles

Pour obtenir une bonne protection anticorrosion pour un bateau, nous vous suggérons d´utiliser nos anodes Zinc ou Aluminium. Comme ça vous pourrez protéger:

  • La poupe, le gouvernail et l´axe.
  • La coque.
  • Les boîtes et les valves.
  • Les hélices.
  • Les becs.

Pour pouvoir vous donner un devis pour la protection de la coque du bateau par exemple, nous avons besoin de l´info suivante:

1. Plan général du bateau.
2. Surface mouillée.
3. Spécifications de la peinture de la surface mouillée.
4. Date d´amarrage.


Est-ce que la peinture est suffisante?

Tout le monde qui a de l´expérience dans la maintenance des bateaux ou structures est convaincu que, après un temps, il y a une action corrosive, généralement dans des conditions météorologiques mauvaises, et surtout sur les parties submergées du bateau ou de la structure. Quand il y a une quantité de peinture qui se pèle, il y a une dégradation dans la protection. La désolidarisation des couches de peinture est cause des collisions avec les quais, ancrage, remorqueur…

Généralement, si nous voulons avoir une bonne protections, il est indispensable de combiner la peinture avec un autre système de protection. La meilleure peinture ne peut jamais prévenir complètement qu´il y ait une diffusion d´eau et de l´oxygène dans les zones de l´acier submergé, ce qui aide au processus de corrosion.

La meilleure protection contre la corrosion est une combinaison de peinture anticorrosion de haute qualité et une bonne protection avec anodes sacrificielles, car la peinture est une barrière qui réduit le courent qui doit être livré par le protecteur cathodique. Il faut prendre en compte que toutes les peintures qui s´utilisent doivent avoir une haute résistance au alcalin, parce que la protection cathodique s´accompagne d´un alcalin léger. 


Protection cathodique dans les citernes d´un navire.

Les anodes Zineti en Zinc ou Aluminium sont très indiquées pour la protection des citernes à ballast et à cargaison. Depuis la Seconde Guerre Mondiale, l´anode “classique” utilisée pour la protection des citernes à ballast était faite de Magnésium. Ce métal était parfaitement indiqué ayant une force électronégative de 700mV sur l´acier polarisé.

Protection cathodique dans les citernes d´un navire.                      

Autrefois, l´anodeutiliséepour la Protection de citernes de ballastétait une anode de Magnesium. L´utilisation de ce matérielétaittrèsrépandu car il a une grande puissanceélectronégative 700 mV sur l´acierpolarisé.

Le principal avantagequi lui étaitdonné, était sa vitesse de polarisation. Les inconvénients majeurs: la surprotection cathodique, en plus, l´excès d´hydrogène crée, et son efficacité base, approx. 55%.

Aujourd´hui ce métalest très peu utilisé du fait des restrictions imposées par les sociétés de classification. Actuellement, l´alliage Magnesium s´utilise que pour proteger les métaux immergés dans de l´eau 100% douce.

D´autre part, les alliages de Zinc etd´Aluminium montrent un faile potentiel sur l´acier polarisé, vers 250 a 300 mV, cependant, ils ont une efficacité du 85 %.

Ces bons résultats, dans le ca sd´anodes d´Aluminium, dépendent des métaux alléants, Indium et Zinc, lesquels inmunisent la tendance du métal de créer un film d´Alumina qui fonctionne comme un agent “passivé”.

Tant les Anodes de l´alliage d´Aluminuim que les Anodes de l´alliage de Zinc ont une longue satisfaisante histoire comme matériaux de Protection cathodique. Par example, l´un des plus grands avantages de l´alliage d´Aluminium est que dans son emplacement il faut utiliser qu´un tiers du poids en comparaison avec une anode de Zinc. Ceci peut être important par rapport au poids mort du navire et même plus important, tenant compte les questions de coût de l´installation de ces Anodes, vu quedans les chantiers ils facturent à poids. Un grand inconvénient des Anodes d´Aluminium, conformément les sociétés de classification, est la possibilité d´étincelles. Pour cette raison, il y a des restrictions dans l´usage des anode d´Aluminium imposées par les sociétés de classification.  Dans ces cas, les Anodes de Zinc sont plus avantageuses. Avant d´installer les Anodes d´Aluminium il faut donc analyser bien la méthode plus fiable d´emplacer ces Anodes avec risque d´étincelles dans les zones basses des citernes car il y a une risque de Protection cathodique inférieure dans les zones hautes de cettes citernes.

Les détails à prendre en considération pour le calcul de la Protection cathodique de citernes sont: 

1.       Disposition général, couple, perfil longitudinal, cloisons principales y plan de capacités.

2.       Type de citernes, si seulement de ballast, cargaisonou de ballast et cargaisonou de ballast séparé dans les pétroliers.

3.       Densité de courantre quis dans le dessin.

4.       Durée de vie calculé pour la Protection cathodique

5.       Spécifiers´il y a de la peinture appliquée (sur les citernes), et dans le cas positif, spécifier le schéma de peinture.

6.       Temps de charge prévu.


D'autres formes de Protection contre la corrosion

Les formes les plus courantes pour protéger une structure enterrée ou submergée sont:

-          Par application d´un bon système de peinture

-          Protection cathodique

o   Avec Anodes sacrificielles

o   Avec un système de courants imposés

-          En combinant le bon système de peinture et la Protection cathodique

 


Systèmes pour calculer la Protection de la coque du navire

1.        Densité de courant:

Les conditions électrochimiques et méchaniques exercent une influence importante sur les systèmes de Protection cathodique.

Autres conditions à prendre en compte sont la température, la salinité, la résistence aux dissolutions de l´oxygène etc.

Les spécifications d´une système de Protection cathodique s´expriment généralement à travers de la densité de courant électrique requise, pour pouvoir donner une Protection suffisante à la surface.

La densité de courant normal des coques de navires peut varier de 10 m A/m2 jusqu´à 30 m A/m2, bien que celle-ci peut être augmentée ou disminuée, selon le schéma de peinture de l´oeuvre vive du navire.

 

2.        Durée de vie d´une anode

Les anodes de Zinc se calculent généralement pour 1, 2  ou 3 anos de durée de vie, selon les dimensions, la forme et le poids de l´anode, et il en va de même pour les Anodes d´Aluminium.

 

3.        Quantité d´anodes:

Quantité d´anodes:

Le poids total des anodes:


La quantité et le type d´anodes pour compenser le total du courant et le poids requis:


Cette pratique peut varier selon la géometrie du navire, le schéma de peinture, et même selon le service du navire.

4.       Emplacement d´anodes:

Les Anodes doivent être placées efficacement autor de la zone de l´oeuvre vive de la coque, et la quantité d´anodes devrait être augmentée dans la zone de la poupe vu la haute densité de courant causée par l´hélice. Il est également recommandé d´installer des Anodes sur le point de la prise d´eau.

 

5.        Recommandations concrètes pour l´emplacement:

·         Nos Anodes ont une platine pour la soudure directe sur la coque.

·         La distribution des Anodes devrait être faite conformément notre dessin.

·         En aucun cas les Anodes ne seront peintes.


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