Qu'est-ce que la protection cathodique?
La protection cathodique est une méthode de protection des structures métalliques contre la corrosion. Les métaux à partir desquels ces structures sont fabriquées, généralement l'acier, sont sujets à la corrosion lors d'une réaction d'oxydation lorsqu'ils sont fréquemment en contact avec de l'eau. La réaction implique que le métal cède des électrons et est favorisée par des traces de sels dissous dans l’eau, l’eau jouant alors le rôle d’électrolyte. La corrosion peut donc être considérée comme un processus électrochimique. La protection cathodique transforme la structure métallique en une cathode - une électrode chargée positivement - en mettant en place une cellule électrochimique utilisant un métal plus électropositif que l’anode, de sorte que la structure ne perde pas d’électrons à son environnement.
Cette méthode de protection peut être utilisée sur des canalisations et des réservoirs souterrains; des structures hors sol, telles que des pylônes électriques; et des structures partiellement submergées, telles que des navires et des appareils de forage. Il peut également être utilisé pour protéger les tiges d'acier en béton armé. Les métaux plus résistants à la corrosion ont tendance à être plus coûteux que l'acier et peuvent ne pas avoir la résistance nécessaire. L'acier protégé contre la corrosion est généralement la meilleure option, bien que d'autres métaux susceptibles de se corroder puissent également être protégés de cette manière.
L’acier est principalement constitué de fer, qui a un potentiel rédox de -0,41 volt. Cela signifie qu'il aura tendance à perdre des électrons dans un environnement présentant un potentiel rédox moins négatif, tel que l'eau, qui peut entrer en contact avec ce métal sous forme de pluie, de condensation ou de sol humide environnant. Les gouttelettes d'eau en contact avec le fer forment une cellule électrochimique dans laquelle le fer est oxydé par la réaction Fe -> Fe 2+ + 2e - . Les ions fer II (Fe 2+ ) entrent en solution dans l’eau, tandis que les électrons traversent le métal et qu’au bord de l’eau, une interaction électrons, oxygène et eau produit des ions hydroxyde (OH - ) par réaction: O 2 + 2H 2 O + 4e - -> 4OH - . Les ions hydroxyde négatifs réagissent avec les ions fer II positifs de l'eau pour former un hydroxyde de fer II insoluble (Fe (OH) 2 ), qui est ensuite oxydé en oxyde de fer III (Fe 2 O 3 ), mieux connu sous le nom de rouille.
Il existe deux méthodes principales de protection cathodique qui cherchent à prévenir cette corrosion en fournissant une source alternative d'électrons. Dans la protection galvanique, un métal ayant un potentiel de rédox plus négatif que le métal à protéger est relié à la structure par un fil isolé, formant une anode. Le magnésium, avec un potentiel rédox de -2,38 volts, est souvent utilisé à cette fin. Les autres métaux couramment utilisés sont l'aluminium et le zinc. Cette procédure établit une cellule électrique avec un courant circulant de l'anode à la structure, qui joue le rôle de cathode. L'anode perd des électrons et est corrodée. pour cette raison, on l'appelle une «anode sacrificielle».
Un problème avec la protection cathodique galvanique est que, éventuellement, l'anode sera corrodée au point de ne plus être protégée et de devoir être remplacée. Un autre système de protection cathodique est la protection cathodique par courant impressé (ICCP). Ceci est similaire à la méthode galvanique, sauf qu'une alimentation est utilisée pour générer un courant électrique de l'anode à la structure à protéger. Un courant continu (DC), par opposition au courant alternatif (AC), est requis, de sorte qu'un redresseur est utilisé pour convertir le courant alternatif en courant continu. Cette méthode offre une protection beaucoup plus durable car le courant est alimenté de manière externe au lieu d'être généré par la réaction de l'anode avec son environnement, de sorte que la durée de vie de l'anode est considérablement augmentée.