Des recherches sur la corrosion des métaux

 

Des chercheurs de l’Institut Max Planck de recherche sur le fer (MPIE) de Düsseldorf (Rhénanie du Nord-Westphalie) ont étudié un acier amorphe au chrome, molybdène et au bore et ont formulé des conclusions sur la relation entre microstructure et corrosion: plus les éléments d’alliage sont répartis régulièrement dans le volume, moins il sera rongé par la rouille [1].

Les coûts liés directement ou indirectement à la corrosion sont évalués à environ à 3% du PIB par an en Allemagne. Cela représente des dizaines de milliards d’euros [2]. La corrosion entraîne aussi des coûts environnementaux à cause des procédés développés pour l’éviter et pose des problèmes de sécurité des personnes (usures des ponts par exemple).

Frank Renner présente l’étude qu’il a dirigée : « Notre étude permet d’expliquer pourquoi certains alliages sont particulièrement sensibles à la corrosion alors qu’ils sont composés d’éléments qui, pris séparément, ne le sont pas. » En effet plusieurs comportements sont présents dans les métaux. Par exemple le chrome ou le molybdène forment en se corrodant une couche d’oxyde dite couche de passivation, qui protègera le métal contre une future oxydation. Au contraire la couche d’oxyde formée par le fer, elle, est poreuse et donc n’empêche pas la corrosion de se développer plus en profondeur dans le matériau. Cependant le comportement dans les alliages est différent, un alliage dans lequel les éléments d’alliage sont bien répartis permettra la formation d’une couche de passivation alors que des alliages pouvant contenir du chrome ou du molybdène, auront des inclusions de structures nanocristallines de ces métaux d’ajouts, et ne formeront pas de couche de passivation. Ce n’est donc pas uniquement la teneur en certains composants qui détermine la qualité inoxydable ou non. Et ce sont ces facteurs que les scientifiques ont étudiés.

L’équipe de Frank Renner a donc choisi, pour objet de l’étude, l’alliage qui se décrit sous la formule suivante Fe50Cr15Mo14C15B6 . Cette alliage posséde l’avantage d’être assez proches des aciers chrome-molybdène assez courants et permettait d’avoir une microstructure amorphe. Ils ont ensuite étudié la variation de la micro- et de la nanostructure selon la température. A 550°C la structure est complétement amorphe alors qu’à 800°C, elle est complétement cristalline. Ces résultats de micro- et nanostructures représentaient le premier volet de l’étude. L’intérêt était ensuite de les mettre en relation avec des mesures électrochimiques (tests de corrosion sous contrainte). Les chercheurs ont donc réalisé deux tests, l’un consistant à appliquer une solution saline et ont soumis les échantillons à une tension électrique et l’autre étant un test développé spécialement par les chercheurs du MPIE pour ce projet qui vise à mesurer quels sont les éléments d’alliage à être corrodés les premiers. Suite à ces expériences, Frank Renner résume le travail de son équipe en assumant le fait qu’elle ne donne pas une solution unique pour éviter la corrosion : « Notre étude montre comment le comportement nanométrique influe sur la résistance à la corrosion. » Les chercheurs espèrent cependant que leur étude servira de point de départ pour découvrir des résultats plus pratiques.

 

Pour en savoir plus, contacts :

– [1] Cette recherche a fait l’objet d’une publication dans la revue Science (en anglais) : http://www.sciencemag.org/content/341/6144/372.abstract
– [2] Une étude réalisée par la Société de la corrosion qui regroupe des acteurs du secteur avait évalué ce pourcentage (en anglais) : http://www.corrosion.org/images_index/whitepaper.pdf
– Frank Uwe Renner, du MPIE – tél. : + 49 211 6792 873 – email : renner@¬mpie.de

 

Sources :

« Unordnung schafft Rostschutz », communiqué de presse de la Société Max Planck – 25/07/2013 – http://www.mpg.de/7476738/korrosion_stahl_nanostruktur

 

Rédacteurs :

Grégory Arzatian, gregory.arzatian@diplomatie.gouv.fr – https://www.science-allemagne.fr