La corrosion est l'altération d'un matériau par réaction chimique avec un oxydant (le dioxygène et le cation H+ en majorité). Il faut en exclure les effets purement mécaniques, telle la rupture sous l'effet de chocs, mais la corrosion peut se combiner avec les effets mécaniques et donner de la corrosion sous contrainte et de la fatigue-corrosion ; de même, elle intervient dans certaines formes d'usure des surfaces dont les causes sont à la fois physicochimiques et mécaniques.
Les exemples les plus connus sont l'oxydation des métaux à l'air ou dans l'eau : rouille du fer et de l'acier, formation de vert-de-gris sur le cuivre et ses alliages (bronze, laiton). Cependant, la corrosion touche plus largement toutes sortes de matériaux (métaux, céramiques, polymères) dans des environnements variables (milieu aqueux, atmosphère, hautes températures).
L'étude fondamentale des phénomènes de corrosion des métaux relève essentiellement de l'électrochimie. L'étude appliquée des phénomènes de corrosion est un domaine de la science des matériaux, qui comporte à la fois des notions de chimie et de physique (physicochimie) et parfois de biologie.
La corrosion est un problème industriel important : le coût de la corrosion, qui recouvre l'ensemble des moyens de lutte contre la corrosion, le remplacement des pièces ou ouvrages corrodés et les conséquences directes et indirectes des accidents dus à la corrosion, est estimé à 3,4 % du produit brut mondial en 2013.. Chaque seconde, ce sont quelque cinq tonnes d'acier qui sont ainsi transformées en oxydes de fer.
Enjeux liés au phénomène de corrosion Ce sont surtout des enjeux liés à la sécurité des biens : solidité et durabilité des véhicules, des infrastructures et habitations, mais aussi des personnes, sans oublier la sécurité sanitaire (les produits de corrosion des contenants sont une source potentielle de contamination d'aliments en conserve, et de risque critique par exemple le domaine de la sûreté nucléaire ou de la sécurité maritime). Deux cas particuliers, opposés, sont ceux de l'obsolescence programmée et celui des contenants de déchets nucléaires ou militaires (armes chimiques, munitions immergées, armes biologiques), dans le cas du domaine nucléaire parfois à très long termeDamien Féron, Didier Crusset et Jean-Marie Gras, Corrosion issues in nuclear waste disposal, Journal of Nuclear Materials, , , 30 septembre 2008, , (résumé)..
Parfois, on va inversement chercher à produire des matériaux composés de produits non toxiques et volontairement très corrodables pour faciliter leur dégradabilité ou biodégradabilité dans l'environnement.
En France, le Centre français de l'anticorrosion (CEFRACOR) rassemble les organismes et les personnes concernés par le comportement des matériaux dans leur environnementCentre français de l'anticorrosion (CEFRACOR).
Il existe aux États-Unis une association d'ingénieurs (NACENational Association of Corrosion Engineers (NACE).) spécialisée dans les questions de corrosion, qui produit des recommandations standardisées pour le niveau internationalNACE, International Standard Recommended Practice RP0169, Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping SystemsNational Association of Corrosion Engineers (NACE), International Standard Recommended Practice, RP0193, External Cathodic Protection of On-Grade Carbon Steel Storage TankBottoms.
Importance de l'environnement
Dans la nature, outre quelques milieux très localisés liés au volcanisme ou à d'autres émissions naturelles acides, c'est surtout l’environnement marin qui est réputé être le plus corrosif. Les conditions marines posent des problèmes pour la construction navale et portuaire, les plates-formes offshore et hydroliennes, les pipelines sous-marins, le refroidissement d'installations, qu'elles soient nucléaires, électriques ou chimiques, les usines de dessalement, de matériel de télécommunications sous-marines, l'habitat littoralB. Phull, Marine Corrosion, Shreir's Corrosion, , , , 7 décembre 2009 (résumé)..
Sur terre, la corrosion intervient plus particulièrement dans les milieux naturellement acides, chauds et humides : forêts humides et autres sols naturellement acides (jungle tropicale…), milieux exposés aux retombées acides qui sont liés à la combustion de charbon ou d'autres carburants non désoufrés (produits pétroliers, gaz naturel).
Les micro-organismes responsables des biofilms, l'existence de courants électriques dans l'eau (près des chantiers navals ou d'autres utilisations de postes à souder électriques…), la température, l'acidité et la salinité de l'eau sont aussi des facteurs qui entrent en jeu.
Le dérèglement climatique va localement aggraver certains phénomènes de corrosion, par augmentation de l’humidité (une troposphère plus chaude fait que l'atmosphère retient et transporte beaucoup plus de vapeur d’eau), et en raison de l'acidification de certains milieux.. L'augmentation des précipitations, puis les introgressions salines liées à la montée de la mer font que la corrosion augmentera probablement le plus dans les régions souvent inondées et dans les zones côtières où l’air est salin. Les variations de température influent sur les cycles de condensation/évaporation qui peuvent exacerber certains types de corrosion ; et un contexte plus chaud et plus humide favorise aussi les biofilms sources de biodétérioration ; enfin, la corrosion induite par les chlorures (qui associés à l'acide carbonique issu du CO2, est une cause majeure de corrosion des armatures du béton armé).. Les matériaux exposés à des conditions climatiques extrêmes (températures élevées, chocs thermiques), et à une humidité relative variable, peuvent subir une corrosion accélérée : par exemple pour le ferraillage des bétons armés, . Ces phénomènes augmenteront, au détriment de la sécurité et de la durabilité de certaines infrastructures. et de certains matériaux (béton armé notamment)Jinane El Hassan. Évaluation fiabiliste de l'impact des facteurs climatiques sur la corrosion des poutres en béton armé : application au cas libanais. Autre. Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2010. Français. ⟨NNT : 2010CLF22064⟩. ⟨tel-00625536⟩ ....
Corrosion des métaux thumb|Exemple de corrosion d'un outil (manche de clé à molette) chromé utilisé plusieurs années en mer sur un bateau. thumb|Décollement d'une couche de chromage sous l'effet de la corrosion (même outil que ci-dessus). La corrosion des métaux est un phénomène naturel et courant. Il n'existe que quelques métaux stables à l'état natif dans le milieu naturel terrestre, qui est un milieu généralement très oxydant : l'or et plus généralement tous les métaux nobles : platine, or, iridium, osmium, ruthénium, rhodium, palladium et argent ; ceci est dû à leur potentiel standard d'oxydoréduction positif ; le cuivre, l'argent, le fer de provenance météoritique.
Mais dans l'écrasante majorité des cas, le métal est présent sur Terre sous forme d'oxyde, donc dans les minerais : bauxite pour l'aluminium, hématite pour le fer, rutile pour le titane Depuis la préhistoire, le travail de métallurgie a consisté à réduire ces oxydes dans des bas-fourneaux puis des hauts-fourneaux, pour fabriquer le métal. La corrosion n'est qu'un retour à l'état « naturel » d'oxyde pour ces métaux façonnés par l'intervention humaine.
La corrosion des métaux est dans la grande majorité des cas une réaction électrochimique (une oxydoréduction), faisant intervenir la pièce manufacturée et l'environnement comme réactifs. Exemples de corrosion de contact :
Il faut prendre en compte dans le phénomène de corrosion : le matériau, avec : sa composition chimique, sa microstructure (taille de cristallites, précipités), et donc les traitements thermomécaniques, traitements de surface ; l'environnement, avec : sa composition chimique, sa pression, sa température.
L'ensemble de ces paramètres conditionnent le type et la vitesse de corrosion.
Le mécanisme de propagation de la corrosion peut être intergranulaire, transgranulaire ou sélectif.. Pour la corrosion intergranulaire, celle-ci a lieu au niveau des joints de grains alors que le reste de la matrice n’est pas attaquée. La corrosion transgranulaire voit sa naissance également dans les joints de grains mais se propage perpendiculairement à celui-ci. Dans le cas de la corrosion sélective, il y a dissolution sélective d’un des éléments de l’alliage ou de l’une des phases.
Dans les installations industrielles, on définit ainsi des zones de risque de corrosion appelées boucles de corrosion. La forme de la pièce corrodable et les traitements subis (mise en forme, trempe, soudure, perçage, vissage) jouent un rôle primordial. Ainsi, un assemblage de deux métaux différents (par exemple, deux nuances d'acier, ou le même acier traité différemment) peut créer une corrosion accélérée ; on voit d'ailleurs souvent des traces de rouille localisées au niveau des écrous. Si la pièce présente des défauts (« criques thermiques » par exemple) ou un interstice (par exemple, entre deux plaques), cela pourra former un milieu confiné qui évoluera différemment du reste de la pièce, pouvant aboutir à une accélération de la corrosion locale. Toute hétérogénéité peut conduire à une corrosion locale accélérée, par exemple au niveau de cordons de soudure. L'hétérogénéité de l'environnement auquel est soumis une pièce métallique de composition régulière peut aussi susciter une corrosion dite « Corrosion par pile de concentration » ; de même, pour une pièce métallique localisée dans une solution de composition identique, mais connaissant une agitation non uniforme. Une plaque métallique partiellement immergée subira une corrosion localisée dite « à la ligne d'eau »
Dans le corps humain
Des phénomènes de corrosion peuvent sérieusement nuire à la bonne santé, soit par allergie et/ou pénétration transcutanée de métaux toxiques (à partir de bijoux portés sur la peau par exemple), soit par corrosion (galvanique notamment) de prothèses interne ou présente dans la bouche (prothèses orthodontiques). Les plombages dentaires (contenant du mercure) ou certaines prothèses orthodontiquesBenguira, David M, «Influence d'un rince-bouche fluoré sur la corrosion galvanique entre un fil NiTi ou un fil CuNiTi et différents boîtiers orthodontiques : incidence sur les propriétés mécaniques des fils», Université de Montréal, 2010. peuvent subir des phénomènes galvaniques et de modification de redox aboutissant à la libération de petites quantités de métaux, ou simplement se dégrader.
Approches pour la protection contre la corrosion La corrosion est un phénomène chimique qui dépend du matériau utilisé, de la conception de la pièce (forme, traitement, assemblage) et de l'environnement. Une action sur un ou plusieurs de ces paramètres permet de ralentir voire contrôler (dans certains contextes) le phénomène. Le processus de corrosion peut également être ralenti en agissant sur la réaction chimique en elle-même.
On parle d’immunité lorsque le métal est stable en présence du milieu corrodant.
Exemples de réaction chimique de corrosion Corrosion des canalisations métalliques d'eau potable par le dichlore gazeux :
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Le dichlore gazeux, servant initialement à détruire les micro-organismes, a un effet secondaire néfaste sur la structure. À ne pas confondre avec l'effet des ions chlorure de l'eau de mer sur la vitesse de corrosion (cf. article Passivation).
L’atmosphère contient des acides tels que l'acide nitrique (HNO3) et l'acide sulfurique (H2SO4), résidus de combustion, qui attaquent les métaux :
. Ces phénomènes sont à la base de la corrosion atmosphérique, qui n'a d'ailleurs pas lieu en absence d'humidité dans l'air.