Etude de la corrosion uniforme d'aciers non alliés et inoxydables

235 Pages·2013·31.81 MB·French

P
N' d'ordre : 04 'ISAL 0044 Année 2004
Thèse
Etude de la corrosion uniform e
d'aciers non alliés et inoxydables :
utilisation conjointe de l'émission acoustique
et des techniques électrochimique s
Présentée devant
L'Institut National des Sciences Appliquées de Lyo n
Pour obtenir
Le grade de docteur
Ecole doctorale : Ecole doctorale Matériaux de Lyon
Spécialité Microstructure et comportement mécanique
et macroscopique des matériaux - Génie des matériau x
Par
Lionel JAUBERT
Soutenance le 24 Septembre 2004 devant la commission d'exame n
Jury:
Rapporteur Gérard BERANGER Professeur (UTC)
Rapporteur Pierre FLEISCHMANN Professeur (INSA — Rennes)
Marion FREGONESE Maître de conférence (INSA Lyon)
Henri MAZILLE Professeur (INSA - Lyon)
Invités :
Didier CARON Docteur (CETIM — Senlis)
Pascal LABEEUW Docteur (SOLVAY — Bruxelles)
Lionel RENAUD Docteur (ATOFINA — Pierre-Bénite)
Thèse préparée au sein du Laboratoire de Physico-Chimie Industrielle (LPCI)
N° d'ordre : 04 ISAL 0044 Année 2004
Thèse
Etude de la corrosion uniforme
d'aciers non alliés et inoxydable s
utilisation conjointe de l'émission acoustique
et des techniques électrochimique s
Présentée devant
L'Institut National des Sciences Appliquées de Lyon
Pour obtenir
Le grade de docteur
Ecole doctorale : Ecole doctorale Matériaux de Lyo n
Spécialité : Microstructure et comportement mécanique
et macroscopique des matériaux - Génie des matériau x
Par
Lionel JAUBERT
Soutenance le 24 Septembre 2004 devant la commission d'exame n
Jury :
Rapporteur Gérard BERANGER Professeur (UTC)
Rapporteur Pierre FLEISCHMANN Professeur (INSA — Rennes)
Marion FREGONESE Maître de conférence (IMSA - Lyon)
Henri MAZILLE Professeur (IMSA - Lyon)
Invités :
Didier CARON Docteur (CETIM — Senlis)
Pascal LABEEUW Docteur (SOLVAY — Bruxelles)
Lionel RENAUD Docteur (ATOFINA — Pierre-Bénite)
Thèse préparée au sein du Laboratoire de Physico-Chimie Industrielle (LPCI)
Résumé
Dans l'industrie chimique ou pétrolière, la corrosion uniforme représente un enje u
économique et sécuritaire important . Les mécanismes régissant ce mode d'endommagemen t
sont bien compris, mais les méthodes de détection et de suivi en service font défaut .
La technique d'émission acoustique présente, pour pallier ce manque, des potentialité s
que nous avons étudiées dans une boucle de circulation instrumentée permettant de simule r
les conditions industrielles générant de la corrosion uniforme .
En milieu acide, l'activité acoustique est liée au dégagement d'hydrogène résultant d e
la réduction du proton ; elle est donc bien corrélée avec la sévérité de l'endommagement . En
milieu neutre aéré, la formation de dépôts de produits de corrosion est peu émissive . Une
étude spécifique des paramètres fréquentiels permet la détection mais, dans ce cas, l a
quantification de la vitesse de corrosion reste délicate . Une étude complémentaire confirm e
l'applicabilité de la technique dans le cas de la corrosion "acide" en environnement fortemen t
bruité.
Mots clés : corrosion uniforme, émission acoustique, détection et suivi, corrosion "acide" ,
corrosion avec formation de dépôt .
Abstract
In chemical and petrochemical industry, uniform corrosion induces important
economic and security disappointments. The mechanisms of this damaging corrosion mode
are well understood, but methods for on-line detection are badly missing .
Acoustic emission technique presents, to palliate this lack, potentialities that have bee n
studied in an instrumented laboratory loop allowing the simulation of industrial unifor m
corrosion conditions.
In acidic media, acoustic activity is related to the hydrogen evolution resulting fro m
proton reduction ; it is therefore well correlated to the damage severity. In neutral aerated
media, the deposit formation of corrosion products is not very emissive . Yet, a specific study
of frequency parameters allows detection of corrosion evolution, but in that case, th e
quantification of corrosion rate remains difficult. A subsidiary study confirms the technique
applicability in the case of "acidic" corrosion, even in very noisy conditions .
Key words : uniform corrosion, acoustic emission, detection and monitoring, "acidic "
corrosion, corrosion with deposit formation
SIGLE ECOLE DOCTORALE NOM ET COORDONNEES DU RESPONSABLE
CHIMIE DE LYON M. Denis SINOU
Université Claude Bernard Lyon 1
Lab Synthèse Asymétrique UMR UCB/CNRS 5622
Bât 308
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69622 VILLEURBANNE Cedex
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ECONOMIE, ESPACE ET MODELISATION M. Main BONNAFOUS
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69363 LYON Cedex 07
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ELECTRONIQUE, ELECTROTECHNIQUE, M. Daniel BARBIER
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Laboratoire Physique de la Matière
Bâtiment Blaise Pascal
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EVOLUTION, ECOSYSTEME, M. Jean-Pierre FLANDROIS
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Faculté de Médecine Lyon-Sud Laboratoire de Bactériologie BP
1269600 OULLINS
Tél : [phone]
Jean-Pierre.Flandro is@,biomserv.univ-lyon 1.fr
INFORMATIQUE ET INFORMATION M. Lionel BRUNIE
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Bâtiment Blaise Pascal
69621 VILLEURBANNECedex
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lbrunie(if.insa-lyon.fr
INTERDISCIPLINAIRE SCIENCES-SANTE M. Alain Jean COZZONE
EDISS http://www.ibcp.fr/ediss IBCP (UCBL1)
7 passage du Vercors
69367 LYON Cedex 07
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MATERIAUX DE LYON M. Jacques JOSEPH
http://www.ec-lyon.fr/sites/edml Ecole Centrale de Lyon
Bât F7 Lab. Sciences et Techniques des Matériaux et des
Surfaces
36 Avenue Guy de Collongue BP 163
69131 ECULLY Cedex
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MATHEMATIQUES ETINFORMATIQUE M. Franck WAGNER
Math IF FONDAMENTALE Université Claude Bernard Lyonl
http://www.ens-lyon.fr/MathIS Institut Girard Desargues
UMR 5028 MATHEMATIQUES
BâtimentDoyen Jean Braconnier
Bureau 101 Bis, ler étage
69622 VILLEURBANNE Cedex
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wagner ç@desargues.univ-lyon 1.fr
MECANIOUE, ENERGETIQUE, GENIE M. François SIDOROFF
MEGA CIVIL,ACOUSTIQUE Ecole Centrale de Lyon
http://www.lmfa.ec-lyon.fr/autres/MEGA/index.html Lab. Tribologie et Dynamique des Systèmes Bât G8
36 avenue Guy de Collongue
BP 163
69131 ECULLY Cedex
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Francois.Sidoroffnaec-lvon.fr
Novembre 2003
INSTITUTNATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON
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VIGIERG. GEMPPM***
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**CRÉA TIS CENTRE DE RECHERCHE ETD 'APPLICATIONS EN TRAITEMENT DE L 'IMAGE ET DU SIGNA L
* * *GEMPPM GROUPED'ET UDE METALLURGIE PHYSIQUE ET PHYSIQUE DES MA TERIA U X
* * * *LAEPSI LABORATOIRE D 'ANALYSE ENVIRONNEMENTALE DES PROCEDES ET SYSTEMES INDUSTRIELS
Remerciements
Cette thèse a été réalisée au Laboratoire de PhysicoChimie Industrielle de l' INSA de Lyon, e n
collaboration avec : le Laboratoire Central de Recherche de la société Solvay, le Laboratoire
Eau et Corrosion de la société Atofina et le département Contrôles et Mesures du Cetim . Ce
travail a été effectué dans le cadre d'une convention CIFRE .
Je tiens à remercier en premier lieu mes directeurs de thèse, le Professeur Henri MAZILLE e t
Marion FREGONESE, Maître de conférences. Par leurs qualités scientifiques et humaines, ils
m'ont apporté un soutien sans faille et m'ont permis de mener à bien cette thèse dans le s
meilleures conditions possibles.
Ce travail n'aurait également pas été possible sans l'aide de M . P. LABEEUW, docteur
ingénieur au Laboratoire Central de Recherche de la société Solvay . Je tiens aussi à remercier
ses collègues M. C. FRANCK, pour avoir suivi ma thèse, M. E. GRAVY, avec qui j'ai
réalisé un certain nombre d'essais sur site industriel et qui m'a aussi fait profiter de so n
expérience en Emission Acoustique.
Je remercie par ailleurs MM. F. FERRER et D. SIGURET de la société Atofina, pour leur
aide scientifique, mais aussi pour m'avoir permis de réaliser plusieurs campagnes d'essais su r
site industriel. J'aimerais aussi exprimer ma profonde gratitude à M . L. RENAUD, pour avoir
apporté à ce travail son expérience et sa grande clairvoyance dans le domaine de la corrosion .
Je suis très reconnaissant envers M. D. CARON du Cetim pour avoir suivi cette thèse et
apporté son expérience scientifique.
Je voudrais remercier aussi vivement M. G. BERANGER, Professeur à l'Université de
Technologie de Compiègne et M. P. FLEISCHMANN, Directeur de 1'INSA de Rennes, pou r
avoir accepté d'examiner ce travail avec diligence et pour avoir accepté d'en être le s
rapporteurs.
J'exprime aussi mes remerciements au directeur du LPCI, M . le Professeur J.P. MILLET,
pour m'avoir accueilli dans son laboratoire . Je remercie également toute l'équipe du
Laboratoire de PhysicoChimie Industrielle pour l'aide scientifique et le soutien qu'ils m'ont
apportés. J'aimerais remercier plus particulièrement M . R. DIFOLCO pour m'avoir fait
profiter de ses compétences techniques et avoir rendu possible la réalisation des différent s
montages expérimentaux, en particulier la boucle de circulation instrumentée .
J'adresse également mes remerciements à tous mes compagnons de thèse qui m'ont beaucou p
aidé par leur compétences techniques et surtout leur amitié : Badr ASSOULI, Fabien
BELLENGER, Pascale BOMMERSBACH, Young Pil KIM, Christophe MENDIBIDE,
David PECH, Lilian RAVIX, Flori SIMESCU, Helena STIRBU.
Enfin j'aimerais remercier chaleureusement ma famille et mes amis pour m'avoir soutenu tou t
au long de ce travail de thèse.
Sommaire
Introduction générale 9
Chapitre I : Revue bibliographique 13
1.1 La corrosionuniforme. 15
1.1.1 Généralités 15
1 .1 .2 Méthodes d'estimation de l'endommagement 26
1 .1 .3 Influence de la présence d'un dépôt de produits de corrosion 30
1.1.4 Conclusion 42
1.2 Application de l'émission acoustique à l'étude de la corrosion uniforme . 44
1.2.1 Emission acoustique 44
1.2.2 Corrélation entre la corrosion uniforme et l'émission acoustique 50
1.3 Conclusion. 63
Chapitre II : Etude de la corrosion uniforme en milieu acide 65
2.1 Procédure expérimentale. 67
2.1.1 Dispositifs expérimentaux 67
2.1.2 Matériaux étudiés et milieux d'essais 79
2.1.3 Méthodologie d'étude 82
2.2 Résultats et discussion. 83
2.2.1 Caractérisation des différentes sources d'émission acoustique 83
2.2.2 Résultats des essais réalisés sur un acier peu allié 89
2.2.3 Résultats des essais réalisés sur un acier inoxydable de type AISI 316L
dans la boucle de circulation 109
2.3 Conclusion. 118
Chapitre III : Etude de la corrosion uniforme avec formation
de dépôt 121
3.1 Dispositifs expérimentaux et procédures . 123
3.1 .1 Matériaux étudiés 123
3.1 .2 Milieux d'essais 127
3.1 .3 Dispositif d'acquisition de l'émission acoustique et méthodologie d'étude 12 8
7
3.2 Résultats et discussion., 129
3.2.1 Essais dans les solutions salines à pH voisin de la neutralité 129
3.2.2 Essais en milieu hypochlorite 134
3.2.3 Essais en milieu NaCl 30 g/L, à pH 12 148
3.3 Conclusion. 160
Chapitre IV : Etudes complémentaires en vue d'applications
Industrielles 161
4.1 Etude du rayon d'action d'un capteur d'EA., 163
4.1.1 Procédures expérimentales 163
4.1 .2 Résultats et discussion 166
4.1 .3 Bilan 169
4.2 Détectabilité et suivi d'un processus de corrosion en milieu acide dans u n
environnement fortement bruité 170
4.2.1 Procédure expérimentale 170
4.2.2 Résultats et discussion 172
4.2.3 Conclusion 179
4.3 Essais de corrosion d'un acier XC18 dans de l'eau industrielle, en milieu
circulant. 180
4.3.1 Procédure expérimentale 180
4.3.2 Résultats et discussion 182
4.3.3 Conclusion 189
4.4 Application sur site industriel 190
4.4.1 Essai sur site industriel, de suivi de la corrosion en milieu acide, par
émission acoustique 190
4.4.2 Essai sur site industriel, de suivi de la corrosion avec formation de
dépôt, par émission acoustique. 197
4.5 Conclusion. 208
Conclusions générales 211
Références bibliographiques 217
Annexes 226
8