inhibiteurs de corrosion

Les inhibiteurs de corrosion sont des produits chimiques qui, ajoutés à l’eau ou tout autre fluide de pro­cess, réduisent la vitesse de corrosion. On les classe habituellement en : inhibiteurs anodiques, cathodiques, filmants et absorbeurs d’oxygène, suivant leur mode d’action. L’efficacité de la plupart des inhibiteurs de corrosion est considérablement influencée par les caractéristiques chimiques de l’eau et les conditions phy­siques comme la température et la vitesse d’écoulement.

inhibiteurs anodiques

Les inhibiteurs anodiques forment un film protecteur sur les surfaces anodiques en bloquant la réaction électrochimique de dissolution du métal :

Les inhibiteurs anodiques du fer sont classés en produits « oxydants » et « non oxydants » suivant leur capacité à accélérer ou non la réaction d’oxydation du fer ferreux en fer ferrique :

Comme décrit plus haut, la formation rapide de Fe³⁺ est essentielle à la formation de couches de passiva­tion anodique stables. L’efficacité des inhibiteurs anodiques oxydants est indépendante de la concentration en oxygène dissous de l’eau à la surface, alors que les inhibiteurs anodiques non oxydants ont besoin d’une concentration correcte en oxygène. Si la vitesse de réaction est suffisamment rapide, l’inhibition anodique est produite par la formation d’une couche efficace de γ-FeOOH.

Les inhibiteurs non oxydants agissent conjointement avec l’oxygène en catalysant l’oxydation de Fe²⁺ par l’oxygène, ou en améliorant l’imperméabilité physique de la couche de γ-FeOOH, ou par les deux processus.

Exemples d’inhibiteurs anodiques oxydants :

• chromates (CrO₄^2–) ;
• nitrites (NO₂^–).

Exemples d’inhibiteurs anodiques non oxydants :

• phosphates (PO₄^3–) ;
• benzoates (C₇H₅O₂^–) ;
• molybdates (MoO₄^2–).

inhibiteurs cathodiques

La réduction cathodique de l’oxygène entraîne la production d’ions hydroxydes (OH^–). Les inhibiteurs cathodiques sont solubles au pH moyen de l’eau, mais ils forment une couche protectrice sur les surfaces cathodiques en produisant un composé insoluble à pH élevé et non conducteur électriquement.

Exemples d’inhibiteurs cathodiques :

• ions zinc (Zn²⁺) ;
• polyphosphates (conjointement avec Ca²⁺) ;
• phosphonates (conjointement avec Ca²⁺).

Les inhibiteurs cathodiques sont en général utilisés pour renforcer l’action d’autres types d’inhibiteurs.

inhibiteurs mixtes anodiques/cathodiques

Les formulations commerciales utilisées en traitement d’eau comprennent à la fois des inhibiteurs anodi­ques et cathodiques, ceci pour deux raisons :

• l’association des deux types réduit le dosage global nécessaire par rapport à l’emploi d’un seul inhibiteur ;
• les circuits traités uniquement avec des inhibiteurs anodiques sont sensibles à une corrosion par piqû­res si le traitement est interrompu, sous-dosé ou incorrect de manière générale.

Cet emploi mixte a été établi dans les années 1950 lorsque l’utilisation de formulations zinc-chromates a commencé à se répandre. Le zinc est un inhibiteur purement cathodique tandis que les chromates fonction­nent comme un inhibiteur anodique. Lorsque les chromates étaient employés seuls, il fallait des doses de 400-600 mg · L^–1 d’ion chromate pour assurer une bonne inhibition de l’acier. L’emploi de zinc (~ 5 mg · L^–1 de Zn²⁺) en association avec des chromates permet d’appliquer des doses de chromate limité à 20-30 mg · L^–1.

Autres exemples d’inhibiteurs mixtes :

• phosphates – zinc ;
• phosphonates – zinc ;
• phosphates – polyphosphates ;
• phosphates – phosphonates.

absorbeurs d’oxygène

Les inhibiteurs anodiques et cathodiques décrits ci-dessus agissent bien en présence de concentrations d’oxygène dissous résultant du contact normal de l’air et de l’eau. Dans des systèmes à haute température ou hermétiquement fermés, comme les circuits de chaudières ou de chauffage central domestique, l’effica­cité passe par la réduction de l’oxygène dissous de l’eau à de très faibles valeurs. Les produits chimiques utilisés à cette fin sont habituellement des agents réducteurs appelés « absorbeurs d’oxygène ».

Exemples d’absorbeurs d’oxygène couramment utilisés :

• sulfites ;
• hydrogène gazeux élémentaire ;
• hydrazine ou carbohydrazine ;
• agents réducteurs organiques (érythorbate, hydroquinone, gallate).

Outre leur rôle dans la réduction des concentrations d’oxygène, certains absorbeurs d’oxygène favorisent la formation d’un film protecteur de magnétite. L’hydrazine et la carbohydrazine par exemple, favorisent la passivation par production de peroxyde d’hydrogène.

inhibiteurs organiques

L’action de ces inhibiteurs est liée à la constitution d’un film monomoléculaire entre le métal et l’eau. Ces produits sont souvent des agents tensioactifs « filmants » avec des groupements hydrophobe et hydrophile. L’extrémité hydrophile se fixe sur la surface du métal tandis que l’extrémité hydrophobe forme une barrière entre l’eau et la surface du métal.

Les amines filmantes sont couramment utilisées comme inhibiteurs de corrosion dans les circuits de con­densats de vapeur. Ces amines grasses comportent 4 à 18 atomes de carbone, s’orientent parallèlement les unes aux autres et, perpendiculairement aux parois, constituent un film continu et imperméable. La dose d’emploi se situe entre 2 et 20 mg·L^–1. Pour la protection des circuits de retour de condensats, ces amines filmantes sont recommandées lorsque la quantité de CO₂ libérée est importante, c’est-à-dire lorsque la con­sommation d’amine neutralisante devient prohibitive.

protection des métaux non ferreux : cuivre et aluminium

Un grand nombre de circuits de refroidissement contiennent du cuivre ou des alliages cuivreux. Comme mentionné plus haut, le cuivre est plus noble que le fer. Dans une eau pure désionisée, il se trouve dans un état d’immunité. Cependant, en pratique, les alliages cuivreux sont prédisposés à la corrosion en raison de la présence d’agents oxydants forts tels que le chlore élémentaire ou de polluants agressifs comme l’ammo­niaque.

La corrosion des alliages cuivreux est préjudiciable non seulement à cause des dégradations qu’elle pro­voque sur les éléments affectés, mais aussi en raison des effets du cuivre dissous (Cu²⁺) dans l’eau de refroi­dissement. Ce cuivre peut être réduit en Cu métallique sur les surfaces d’autres métaux ferreux, induisant des conditions favorables à la corrosion galvanique.

Les inhibiteurs les plus largement employés pour les alliages cuivreux sont les dérivés azolés :

• mercaptobenzothiazol ;
• benzotriazol et dérivés ;
• benzimidizol et dérivés ;
• zinc (Zn²⁺).

Le mercaptobenzothiazol a été largement supplanté par les dérivés du benzotriazol en raison de problè­mes de stabilité chimique et de toxicité. Tous les inhibiteurs du cuivre sont d’une manière ou d’une autre affectés par les biocides halogènes, mais les triazols le sont moins.

L’aluminium est particulièrement sensible à la corrosion électrolytique. Les inhibiteurs les plus courants sont les silicates, les phosphates, les organo-azolés et les molybdates.

application d’inhibiteurs à des circuits industriels

L’inhibition de la corrosion n’est qu’un des aspects du traitement d’eau dans les circuits industriels, elle est toujours associée à la lutte contre l’entartrage et à la prévention des développements microbiologiques. En pratique, l’emploi d’inhibiteurs de corrosion doit être compatible avec tous les autres traitements de l’eau, les caractéristiques du circuit et ses paramètres de fonctionnement (voir mise en oeuvre des échangeurs d'ions et traitement et conditionnement des eaux industrielles).