(1) Protection cathodique (2) Corrosion (3) Pipelines technologies

PROTECTION CATHODIQUE CAMPAGNE DE MESURE DES POTENTIELS (ON/OFF)

2011-09-20T07:50:00.004+01:00

A/ Opérations à effectuer le long de la ligne

> Installation des relais cycliques dans les postes en service de chaque tronçon délimite entre joints isolants,
> Relevés des paramétrés des transformateurs redresseurs ou des thermogenerateurs,
> Relevés des potentiels ON/Off le long du tronçon et mesures des courants au niveau des prises de potentiel amperometriques (PPA).

B/ Note des calculs et interprétation des résultats:

* Détermination des courants et de leur sens au niveau des PPA

In = Delta (Un)/Rn

In-1 = Delta (Un-1)/Rn-1

In : Courant passant au niveau de la PPA (n)

In- 1 : Courant passant au niveau de la PPA (n-1)

Delta (Un) : chute de tension dans la PPA (n)

Delta (Un-l) : chute de tension dans la PPA (n-1)

Rn : Résistance linéique de la section du pipe située entre les deux câbles internes de la PPA (n).

Rn-1 : Résistance linéique de la section du pipe située entre les deux câbles internes de la PPA (n-1).

* Détermination du courant absorbe par un tronçon situe entre deux PPA contigües.

Deux PPA contigües sont généralement distante de 7 à 8 Km et le courant (Ian-1) absorbe par le tronçon (n-1) est de :

Ian-1 = In-1 - In

* Détermination de la valeur de la résistance d'isolement d'un tronçon situe entre deux PPA contigües:

RiS(n-1) =(Somme(UON - UOFF)) * Sn-1 / (In-1 * m)

RiS(n-1) : Résistance d' isolement d'un tronçon (n-1) en (Ohm.m2) .

m : Nombre des points de mesure situés entre deux PPA contigües.

In-1 : Courant absorbé par le tronçon situé entre les deux PPA en (Ampère).

Sn-1 : Section du tronçon situé entre les deux PPA. (m²).

* Détermination de la résistance d'isolement d'un tronçon situe entre deux joints isolants.

Risk = (Somme(UON - DOFF)) * Sk / (Ik * M)

Ik : Courant absorbé par le tronçon situé entre joints isolants.

Sk : Section du pipe située entre joints isolants.

M : Nombre de points de mesures situés entre joints isolants.

* Détermination de la résistance d'isolement de toute la ligne.

Ris = (Somme(UON - UOFF)) * S / (I * M)

* Formule générale de vieillissement du revêtement (cas du brai de houille).

Ris(t) = Riso * (1 - exp(-B*t) / (B*t)

Riso: Résistance d'isolement du revêtement initiale ou de référence en (Ohm.m2).

Ris(t): Résistance d'isolement après une durée d'exploitation t en (Ohm.m2) .

t : Durée d'exploitation de l'ouvrage (an).

B : Coefficient de vieillissement du revêtement.

La formule ci-dessus, permet de déterminer l’état électrique du revêtement après une durée d'exploitation (t ) et donc de prédire la date de la réfection du revêtement sur chaque tronçon délimité entre PPA ou entre joints isolants.

* Correction de la valeur du coefficient (B)

Généralement la valeur du degré de vieillissement (B) pour le brai de houille est comprise entre (0.116 et 0.138) en (1/an). Cette valeur dépend essentiellement de la résistivité du sol et de l’état électrique initial du revêtement. En effectuant plusieurs campagnes de potentiel ON/OFF, on peut s'approcher de la valeur exacte de (B) par analyse.

Soit: Rn t1; Rn t2 ; Rn t3; ........... Rn tn : résistances d'isolement du tronçon (n) aux temps t1 ; t2; t3 ;........ tn.

En traçant la fonction Rn = f(t) et en utilisant les méthodes de calcul numérique, on peut déduire la valeur de (B).

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Abdou3

PROCEDURE DE CONTROLE DE LA PROTECTION CATHODIQUE

2011-09-18T12:23:00.002+01:00

Campagne de mesure de résistances des prises de terre

Cette campagne a pour but de déterminer les résistances des mises à la terre des postes de protection cathodique, des ouvrages concentres et des déversoirs.

Ces campagnes de mesure s'effectueront deux fois par an (une estivale et l'autre hivernale).

• Les mises à la terre des postes de protection cathodique sont :

- Les mises à la terre du poste de transformation (masse, neutre et éclateurs).

- La mise à la terre du transformateur redresseur.

• Les mises à la terre des ouvrages concentres.

Ces types de mise à la terre sont destinés pour la protection du personnel, des équipements et des installations contre les éventuelles surtensions et ont des valeurs normalisées.

• Les déversoirs doivent avoir des résistances qui dépendent des caractéristiques des transformateurs redresseurs et ont généralement des valeurs ohmiques inférieures ou égales au rapport (Un / In) du transformateur redresseur. Si la résistance du déversoir est trop élevée, il est nécessaire de procéder au diagnostic et à la réfection de ce déversoir.

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Madjid

Campagne de mesure du potentiel en circuit fermé et en circuit ouvert ON/OFF

2011-09-16T06:58:00.000+01:00

Il est nécessaire d'effectuer des campagnes de mesure de potentiel en circuit ferme (ON) et en circuit ouvert OFF, une fois tous les cinq (05) ans.

Ces campagnes de mesure de potentiel, permettent de connaître l' état réel de la protection cathodique et la valeur de la résistance d'isolement et d'évaluer le paramètre le plus important qui est le degré de vieillissement du revêtement.

La connaissance de ce paramètre (degré de vieillissement) déterminera la durée de vie du revêtement de chaque ouvrage.

Campagne de mesure du potentiel en circuit fermé (ON)

2011-09-11T07:47:00.000+01:00

Une campagne de mesure du potentiel en circuit fermé (ON) a pour but de donner une idée sur l'état de la protection de l'ouvrage.

Cette campagne s' effectue deux fois par an (estivale et hivernale).

Les valeurs du potentiel (ON) le long de la ligne sont liées au réglage de référence obtenu lors de la campagne de potentiel (ON/OFF). Suite à ces campagnes, des graphes sont tracés et interprétés pour éventuelle amélioration de la protection cathodique des tronçons non protégés.

En cas d’interférences constatées sur les canalisations parallèles ou celles qui se croisent .des opérations de diagnostic et de suivi devront être réalisées telles que:

- Mesurer le potentiel des ouvrages concernés avec le système de protection en marche et à l’arrêt.

- Effectuer plusieurs mesures pour faciliter l'analyse.

Des mesures correctives seront exécutées pour réduire les interférences importantes à des valeurs inférieures ou égales à100 mV telles que:

* L' installation des liaisons équipotentielles munies de résistances réglables.

* Renforcement du revêtement.

* Installation de plaques de Zinc ou magnésium.

* Installation d’écrans.

* Ou d'autres mesures convenantes.

Au cours de ces campagnes de mesure (ON), les prises de potentiel détériorées sont recensées pour réparation.

Une campagne de mesure du potentiel en circuit fermé (ON) mensuellement des ouvrages concentrés, a pour but de donner une idée sur l'état de la protection de ces ouvrages.

Inspection et contrôle des postes

2011-08-15T14:08:00.000+01:00

Le contrôle des postes de protection cathodique consiste a effectuer des inspections visuelles et des mesures permettant le maintien des paramètres de fonctionnement de ces postes, et l' intervention sur ces derniers en cas des arrêts suites à des pannes telles que:

- Coupure de l'énergie électrique,
- Coupure de câbles du circuit (câble négatif ou positif),
- Pont de diodes défectueux,
- Fusibles d' alimentation ou de protection grilles,
- Autres anomalies au niveau du poste telles que: infiltration d'eau , fuite d'huile sur le TR poteau, présence d'herbes dans la zone de l'abri, clôture etc...

Les paramètres à relever au niveau des postes sont les suivants :

- Tension d' alimentation entre phases et entre phases et neutre des transformateurs redresseurs.

- Température d'huile des transformateurs redresseurs à bain d'huile.

- Tension de fonctionnement (valeur lue sur cadran et mesurée) .

- Courant débité (valeur lue sur cadran et mesurée),

- Potentiel de la conduite en circuit fermé et en circuit ouvert (ON/OFF) au point de soutirage.

- Relevés de la consommation de l' énergie électrique.

- Relevés des compteurs horaires

    - Compteur horaire insuffisance niveau de protection.
    - Compteur horaire manque de courant de protection.
    - Compteur horaire manque énergie électrique.

Remarque: Tous ces relevés sont dûment renseignes sur des fiches de contrôle présentés dans chaque poste de protection cathodique.

L'inspection des postes de protection cathodique est mensuelle ou bimensuelle selon l' agressivité du sol.

Au cours de ces inspections, les relevés des compteurs horaires permettent de calculer les temps d'arrêt des postes de protection cathodique entre deux inspections successives.

Les relevés des compteurs horaires doivent être portes dans un tableau permettant ainsi le suivi de près du temps d'arrêt de chaque poste.

Comme la résistivité du sol est un paramètre important, il est nécessaire d'effectuer une campagne décennale de mesure de la résistivité du sol le long des ouvrages.

PROCEDURE DE CONTROLE DE LA PROTECTION

2011-08-11T12:45:00.000+01:00

Pour que la protection cathodique des structures enterrées soit efficace, il est nécessaire que les différents éléments qui la composent fonctionnent correctement et en permanence. Le contrôle de la protection cathodique porte essentiellement sur les points suivants :

Le fonctionnement correct et permanent des postes de protection cathodique (inspection et contrôle des postes) ;

La mesure au potentiel de l'ouvrage a protéger (campagne de mesure du potentiel « ON» deux fois par an, une campagne hivernales et une estivale), et le maintien de ce potentiel à des valeurs acceptables sur toutes les surfaces à protéger ;

La mesure mensuelle du potentiel des ouvrages concentres (campagne mensuelle de mesure du potentiel « ON »), et le maintien de ce potentiel à des valeurs acceptables sur toutes les surfaces à protéger ;

La mesure quinquennale du potentiel « ON/OFF}) de l' ouvrage ;

Les mesures périodiques des prises de terre des postes de protection cathodique (résistances des mises à la terre et celles des déversoirs).

EFFICACITE DE LA PROTECTION

2011-08-08T13:40:00.000+01:00

L'efficacité et la fiabilité de la protection cathodique sont liées en grande partie :

▪ au choix des techniques appropriées (anodes sacrificielles, courant imposé, drainage, revêtements éventuellement associés…),

▪ à la qualité de la conception du système,

▪ à sa réalisation,

▪ à son contrôle en service (système de protection, structure protégée et revêtements éventuels),

Or, ces critères dépendent fortement de la compétence des personnes et des entreprises intervenantes ainsi que du respect des standards reconnus par la profession.

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2011-08-06T10:21:00.000+01:00

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Pipelines technologie: CONTROLES DE PROTECTION CATHODIQUE

2011-08-06T10:04:00.001+01:00

Pipelines technologie: CONTROLES DE PROTECTION CATHODIQUE: "Le contrôle porte essentiellement sur les points suivants : ▪ Le fonctionnement correct et permanent des dispositifs produisant les potent..."

CONTROLES DE PROTECTION CATHODIQUE

2011-08-06T09:49:00.000+01:00

Le contrôle porte essentiellement sur les points suivants :

▪ Le fonctionnement correct et permanent des dispositifs produisant les potentiels d'immunité attendus,

▪ La mesure du potentiel du métal de la structure devant respecter les valeur de la protection cathodique,

▪ La vérification du maintien de ce potentiel à des valeurs acceptables sur toute la surface du métal à protéger,

▪ Le contrôle et le suivi du débit de courant.

Dans la plupart des cas, on réalise des points de mesures aménagés où des prises de potentiels installées sont en règle générale régulièrement répartis, mais aussi aux points particuliers pouvant devenir des points critiques (croisement avec d'autres structures, passages sous gaines …).

Les conditions de corrosion du milieu peuvent évoluer en raison de :

▪ La résistivité des terrains pouvant varier suivant les conditions météorologiques,

▪ Le vieillissement du revêtement,

▪ La présence des voies ferrées électrifiées en courant continu,

▪ La pose dans le voisinages d'autres structures protégées ou non (modification de la configuration du site).

Toutes ces causes font varier le potentiel structure-sol, et c'est le cas notamment des courants vagabonds qui provoquent des variations importantes et parfois très rapides.

La mesure des variations ainsi que l'analyse et la mise en œuvre des corrections nécessitent la maîtrise des techniques pointues et doivent être confiées aux spécialistes reconnus par la profession.

Pipelines technologie: FACTEURS DE LIMITATION D'EFFICACITE DE LA PROTECTI...

2011-08-04T18:17:00.000+01:00

Pipelines technologie: FACTEURS DE LIMITATION D'EFFICACITE DE LA PROTECTI...: "L'influence de la protection cathodique entre structures métalliques voisines La proximité de structures métalliques dans un électrolyte ..."

FACTEURS DE LIMITATION D'EFFICACITE DE LA PROTECTION CATHODIQUE

2011-08-03T12:21:00.000+01:00

L'influence d'une source de courant alternatif

La norme EN 12954 :2001 précise que « dans le cas d’influences de longue durée du courant alternatif sur des structures métalliques, il est nécessaire de prendre en compte la possibilité d’une corrosion induite par le courant alternatif ».
C’est le cas en particulier des canalisations enterrées en acier qui sont susceptibles de subir ces influences au voisinage de lignes haute tension, de centrales électriques ou de système de traction.

Des préconisations et mesures sont données pour évaluer le risque de corrosion :

▪ Effectuer des mesures du potentiel de l’électrode de la structure avec un équipement approprié afin de s’assurer que les critères de potentiel soient bien atteints en présence de courant alternatif sur la structure;

▪ La probabilité d’une corrosion peut être négligeable si la densité de courant alternatif relative à une surface nue de 1 cm² est inférieure à 30 A/m² et si le potentiel d’électrode de la structure satisfait aux critères de la protection cathodique;

▪ Sur les structures protégées cathodiquement et soumises à la présence de courant alternatif, une densité de courant de protection plus élevée peut s’avérer nécessaire pour atteindre le potentiel de protection;

▪ Les structures comportant un petit nombre de défauts de revêtement de petite taille peuvent présenter un risque supérieur de corrosion due au courant alternatif.

FACTEURS DE LIMITATION D'EFFICACITE DE LA PROTECTION CATHODIQUE

2011-08-03T12:13:00.000+01:00

L'influence d'une source de courant continu

Il existe dans le sol des courants liés à des fuites électriques provenant d'installations alimentées en courant continu mal isolées par rapport au sol. Ils sont particulièrement fréquents aux abords des lignes ferrées électrifiées. Ces courants sont généralement variables dans leur intensité, leur direction et le trajet qu'ils parcourent et dans le temps. Ces courants sont appelés courants vagabonds. Ces courants se déplacent avec la motrice qui leur donne naissance et créent un danger pour les structures à proximité dans le sol. Ces passages de courant conduisent à la formation de deux cellules d'électrolyse qui, dans le cas du déplacement du courant vagabond s'effectuant de l'ouvrage vers le rail, ont pour effet de rendre la canalisation anodique, donc dans une situation de corrosion.

Pour lutter contre l'influence des courants vagabonds, on peut agir à la source en isolant au mieux la partie émettrice des courants vagabonds, ou recourir aux dispositifs de limitation de types passifs ou actifs suivants:

Passifs:
▪ Des prises de terre polarisées qui permettent de faciliter l'évacuation des courants qui ont emprunté une canalisation.

Actifs:
▪ Système de régularisation ou de drainage de courant qui permet de limiter le courant de transit.

FACTEURS DE LIMITATION D'EFFICACITE DE LA PROTECTION CATHODIQUE

2011-08-03T12:02:00.000+01:00

L'influence de la protection cathodique entre structures métalliques voisines

La proximité de structures métalliques dans un électrolyte commun (sol, eau de mer) peut conduire à des interférences électriques néfastes quand la protection cathodique est appliquée à l'une ou à l'autre sans précaution suffisante. Le courant électrique a tendance à circuler dans les conducteurs qui offrent une résistance minimale. Cela se traduit par la circulation de courants non contrôlés qui protègent l'ouvrage. La situation peut engendrer la corrosion du côté non protégé, situation semblable à l'exemple des canalisations isolées.

Pour éviter ce problème il faut installer des prises d'équipotentiel entre ces installations, équipées des résistances pour réglage et maitrise du courant.

FACTEURS DE LIMITATION D'EFFICACITE DE LA PROTECTION CATHODIQUE

2011-08-03T11:50:00.000+01:00

La perte d'adhérence des revêtements

La perte d'adhérence des revêtements associés à la protection cathodique peut intervenir dans le cas où ces revêtements ne résistent pas à l'alcalinisation du milieu crée par les réactions cathodiques. Le choix du revêtement approprié s'appuie avant tout sur un retour d'expérience suffisant.

Une mauvaise adhérence de revêtement, ou un revêtement dégradé présente plusieurs défauts, influe directement sur le besoin en courant de protection, d'où sur l'efficacité de la protection cathodique.

FACTEURS DE LIMITATION D'EFFICACITE DE LA PROTECTION CATHODIQUE

2011-08-03T11:35:00.000+01:00

La continuité électrique insuffisante du système

Dans l'électrolyte:

Cette insuffisance peut intervenir dans l'électrolyte où il faut s'assurer de la conductivité électrique dans l'ensemble de la structure à protéger et les anodes.

Le cas peut être critique lorsque le milieu électrolytique corrosif ne vient qu'épisodiquement ou partiellement en contact du métal (condensations, projections, certaines zones de dessous des fonds de bacs horizontaux de stockage) ou quand les anodes risquent d'être recouvertes d'un milieu isolant (hydrocarbures). Les corrosions entraînées par une déficience locale de protection due à une forte résistance au passage du courant peuvent être très gênantes dans le cas des canalisations enterrées en milieu peu conducteur dont le revêtement s'est décollé faisant écran au passage d'un courant de protection suffisant pour assurer la protection dans les zones les plus difficilement accessibles.

Dans l'ouvrage à protéger:

Cette insuffisance peut aussi provenir de la structure à protéger où il faut s'assurer que la conductivité électrique soit effective en tous points de la structure. Des précautions peuvent être entreprises telles que l'emploi de pièces anodisées pour lesquelles un simple contact est insuffisant. Dans le cas des structures complexes, il est difficile de déterminer la qualité de la continuité entre toutes les parties, les conséquences d'une continuité insuffisante peuvent être une aggravation locale de la corrosion puisqu'elle conduit à une sortie de courant (zone anodique).
Dans le cas de figure classique d'emploi de raccords isolants entre différents ouvrages, si un pontage électrolytique existe permettant le passage d'une partie du courant de protection vers l'ouvrage voisin isolé, le retour de ce courant au travers du raccord isolant provoque la corrosion du côté non protégé. Cette raison
conduit à déconseiller l'emploi de raccord isolant enterré ou immergé.

Mais les cas les plus fréquents en pratique concernent la présence d'eau dans les canalisations, venant court-circuiter l'intérieur du raccord isolant et provoquer des perforations rapides. Pour éviter ce risque, l'emploi d'un revêtement interne de longueur suffisante du côté du joint soumis à la protection cathodique doit s'appliquer.

FACTEURS DE LIMITATION D'EFFICACITE DE LA PROTECTION CATHODIQUE

2011-08-03T11:20:00.000+01:00

L'efficacité de la protection cathodique, en principe idéale pour maîtriser la corrosion en milieu aqueux, peut être influencée par des facteurs de limitations suivants:

▪ La continuité électrique insuffisante du système,
▪ La perte d'adhérence des revêtements,
▪ L'influence de la protection cathodique entre structures métalliques voisines
▪ L'influence d'une source de courant continu,
▪ L'influence d'une source de courant alternatif.

Les opérations régulières de suivi et d'entretien du système de protection cathodique permettent de surveiller ces facteurs d'influence et de maintenir l'efficacité du système de protection dans le temps.

COMPOSITION TYPIQUE D'UN POSTE DE SOUTIRAGE

2011-08-03T10:57:00.000+01:00

Un poste de soutirage comprend :

▪ Une source d'énergie,
▪ Un déversoir,
▪ Des câbles de liaison,
▪ Un appareillage électrique auxiliaire.

Etant accessible par le personnel de maintenance, il doit se conformer aux réglementations de sécurité électrique en vigueur.

En pratique, la source d'énergie peut être apportée par :

▪ Le réseau local de distribution,
▪ Des panneaux solaires, associés à des batteries électriques en tampon,
▪ Des groupes électrogènes,
▪ Des turbogénérateurs,
▪ Des générateurs thermoélectriques,
▪ Des éoliennes,
▪ Des piles à durée de vie limitée à quelques années.

Le déversoir utilisé est une masse de matériau conducteur d'électricité dont le rôle est d'injecter le courant dans le milieu où se trouve la structure à protéger. Sa résistance de contact au sol doit être la plus faible possible et sa masse est déterminée pour avoir la longévité souhaitée. Les matériaux les plus couramment utilisés sont :

▪ L'acier (rails, tubes …),
▪ Le graphite,
▪ Le ferro silicium, etc.

La résistance du déversoir, faible en pratique (quelques ohms en général) doit être déterminée fonction du besoin en courant et doit être définie lors de l’étude.

La section de câble doit être déterminée en rapport avec la chute de tension admissible (loi d'ohm), de l'échauffement et des contraintes mécaniques.
La nature de l'isolant des câbles doit être déterminée en fonction du milieu (présence de chlore dans le sol, .). Les gaines les plus couramment utilisées sont de type PVC.

Le poste de soutirage est équipé d'appareillages électriques auxiliaires, qui servent généralement à la protection (para-surtenseurs …), à la coupure générale ou à la coupure des sous-ensembles, ou aux mesures qui ont pour but d'indiquer :

▪ La tension d'alimentation,
▪ La tension d'utilisation (<120 V continu),
▪ Le courant débité,
▪ Le potentiel de structure,
▪ Le temps de fonctionnement.

REALISATION DES SOUTIRAGES

2011-08-03T10:39:00.000+01:00

Paramètres pour le dimensionnement de la protection

Il s'agit de mesurer le besoin en courant cathodique de la structure, c'est à dire le courant qu'elle doit recevoir pour que le seuil de protection soit atteint.

Le besoin en courant de protection sert à la détermination de la masse et du nombre d'anodes, ainsi qu'au dimensionnement électrique de la source de courant du poste de soutirage (protection par courant imposé).

Le courant délivré doit être estimé au mieux, non seulement pour des considérations économiques, mais aussi à cause de certains effets néfastes tel que le décollement des revêtements lorsque le courant est trop important.

Détermination pratique des paramètres

Avant la réalisation du soutirage, une bonne pratique est de procéder à un essai in situ au moyen d'une installation provisoire. Les résultats servent ensuite à définir l'installation. Connaissant le courant à débiter par le poste de soutirage, on peut fixer ses caractéristiques en appliquant un coefficient de sécurité qui tient compte, en particulier, du vieillissement du revêtement, des défauts possibles, et d'éventuelles modifications à venir de la structure protégée.

Lors de la conception du système, il est important de noter que :

▪ Certains revêtements ne supportent pas des potentiels de protection trop négatifs,

▪ La répartition de postes de soutirage peut s'avérer dans certains cas nécessaire pour protéger les structures de grande longueur, connaissant le caractère exponentiel de l'atténuation en fonction de la longueur.

Implantation des postes de soutirage

L'implantation d'un poste de soutirage doit tenir compte des critères pratiques suivants :

▪ Possibilité d'occupation du sol,
▪ Terrain de faible résistivité,
▪ Stabilité du terrain d'accueil,
▪ Risque d'inondation, ou d'écoulement des eaux sur le terrain pouvant pénétrer dans le poste de soutirage,
▪ Disponibilité et coût de l'alimentation en énergie électrique,
▪ Facilité d'accès pour la maintenance et la surveillance humaine.
▪ Si possible, éviter l'installation du poste de soutirage à l'extrémité d'une conduite donnant lieu à une mauvaise répartition des potentiels et donc, une mauvaise utilisation du poste.

SYSTEMES DE PROTECTION PAR COURANT IMPOSE

2011-08-03T10:17:00.000+01:00

PRINCIPES

La protection par courant imposé (ou de soutirage) utilise une source d'énergie électrique en courant continu qui débite dans un circuit comprenant :

▪ Un déversoir (ou masse anodique),
▪ L'électrolyte (sol ou eau),
▪ La structure à protéger.

Le pôle positif de la source est relié au déversoir alors que le pôle négatif est relié à la structure à protéger.

Le courant venant du déversoir traverse l'électrolyte, puis entre dans la structure créant ainsi un abaissement de potentiel recherché correspondant à l'immunité du métal.

Par exemple, pour de l'acier dans un sol type, la différence de potentiel (ddp) entre l'électrode de référence au sulfate de cuivre saturé est inférieur à – 0,850 V en tous points de la structure. En général, la valeur limite inférieure que l'on cherche à atteindre est d'environ -1 V.

Principe de la protection cathodique à courant imposé

CHOIX DES ANODES SACRIFICIELLES

2011-08-03T09:57:00.000+01:00

Il existe plusieurs types d'anodes dont les caractéristiques et les applications sont différentes. Le tableau suivant résume les principales caractéristiques (valeurs typiques) des anodes les plus utilisées, avec les avantages et inconvénients de chacune.

Dans le cas de la protection de l’acier, les anodes utilisées sont à base de zinc, d’aluminium ou de magnésium. Des études et l’expérience ont permis de déterminer, pour chacun des métaux les seuils d’impureté admissibles ainsi que les éléments d’alliage complémentaires nécessaires pour obtenir les meilleures performances. De nombreux alliages spécifiques pour la protection cathodique existent aujourd’hui sur le marché.

Comparaison des différents types d'anodes sacrificielles
(les potentiels sont donnés par rapport à l'électrode de référence Ag/Ag-Cl/Eau de mer et à l'électrode Cu/Cu-SO4 saturé pour la terre)

PROTECTION PAR ANODES SACRIFICIELLES

2011-08-03T09:44:00.000+01:00

PRINCIPE DE LA PROTECTION

La protection cathodique par anodes sacrificielles a pour but de mettre à profit l’effet du couple galvanique (pile) crée par l’association, dans un même électrolyte, de deux métaux différents : le métal à protéger et un métal moins noble qui constitue l’anode.

Dans ce type de protection, l’anode se consomme par dissolution en portant la surface du métal à protéger au-delà de son potentiel d’immunité.

Principe de la protection cathodique par anodes sacrificielles

Pour que la protection existe, il faut :
▪ que la pile débite, donc que l'anode soit reliée électriquement au métal,
▪ que la surface à protéger et l'anode soient plongées toutes dans le même milieu électrolytique,
▪ que l'installation soit adaptée à la surface à protéger (dimensions, nombre, répartition des anodes).

La protection par anodes sacrificielles n'a pas une durée indéfinie. Elle s'arrête avec la disparition du matériau sacrificiel ou par blocage électrochimique.

L'évaluation de sa durée de vie est estimée par calcul du dimensionnement des anodes et par retour d’expérience, généralement une quinzaine d’années.

PROTECTION CATHODIQUE PAR ANODES SACRIFICIELLES ET PAR COURANT IMPOSE

2011-08-03T09:30:00.000+01:00

CRITERES DE CHOIX

Pour modifier le potentiel du métal à protéger cathodiquement, on utilise une anode installée dans le même électrolyte. Les anodes peuvent être de deux types :

▪ soit des anodes ayant un potentiel plus électronégatif que le métal à protéger (anode galvanique ou sacrificielle),

▪ soit des anodes couplées à un générateur de courant imposant une différence de potentiel entre les deux métaux (méthode à courant imposé).

Le choix d'un système par rapport à un autre doit être établi en tenant compte des comparaisons techniques et des critères économiques (conception, équipement, installation, maintenance, consommation en matière et en énergie).

Comparaison entre les deux systèmes de protection

DENSITÉ DE COURANT DE PROTECTION CATHODIQUE

2011-08-03T09:17:00.000+01:00

Principe de la détermination de la densité de courant pour atteindre le potentiel de la protection cathodique

La dissolution du métal se fait dans un processus anodique. On a vu théoriquement que si le potentiel d'un objet qui se corrode est amené jusqu'au potentiel de la protection cathodique, alors la dissolution s'interrompt puisque thermodynamiquement la réaction devient impossible. Il en résulte une perte de poids nulle. Pour atteindre le potentiel correspondant au seuil de la protection cathodique, la surface entière de l'objet doit être parcourue par un courant s'exprimant en densité de courant (A/m2).

Dans les conditions de corrosion libre, la structure métallique a un potentiel de corrosion mixte E et se corrode à une vitesse proportionnelle à Icorrosion. Si l'on applique la polarisation cathodique afin que le potentiel de la structure diminue jusqu'à E1 par le courant I1 appliqué extérieurement, alors l'objet est partiellement protégé, puisque la vitesse de corrosion a diminué et vaut I'corrosion. Si l'on augmente le courant extérieur jusqu'à I2 pour que le potentiel descende à E2 correspondant au potentiel réversible de la réaction anodique, alors la dissolution anodique sera stoppée. L'objet est alors sous protection cathodique.

Paramètres jouant sur la densité de courant

La densité de courant nécessaire à l'obtention du seuil de protection est fonction du matériau à protéger (nature de l’équipement, présence d’un revêtement…) et des paramètres physico-chimiques de l'électrolyte au contact de celui-ci (présence de Ca2+ et Mg2+, corrosivité du milieu…).

Il faut également considérer le facteur temps (présence de dépôts pouvant se réduire, dégradation des revêtements…).
Ainsi, pour les aciers non alliés ou faiblement alliés, la densité de courant peut varier sensiblement au cours du temps dans les milieux qui contiennent en Ca2+ et Mg2+ (typiquement dans l'eau) : il se forme des dépôts calco-magnésiens (sorte de dépôt calcaire offrant une protection supplémentaire) par suite de l'alcalinisation du milieu à proximité de la surface. Dans ces conditions, le courant de polarisation requis pour une protection totale I2 diminue, puisque sa fonction principale n'est plus que de réparer les fissures du dépôt protecteur. Même si une telle interaction n'a pas lieu, l'augmentation de l'alcalinité qui résulte de la protection cathodique fournit une protection supplémentaire, puisque le fer n'a pas tendance à se corroder en présence modérée d'alcalins. Pendant que la surface du métal se recouvre d'un film protecteur, la valeur du courant de polarisation baisse.Cependant, le dépôt formé peut également se dégrader (par exemple en cas de nettoyage de la surface ou de tempête sur les ouvrages offshore) et la densité de courant doit alors être augmentée.

De ce fait, on distingue souvent la densité de courant initiale (nécessaire à la polarisation jusqu'au seuil de protection), de la densité de courant de repolarisation en cas de dégradation du pouvoir protecteur du dépôt calcaire Lorsque la protection cathodique est appliquée en conjonction avec un revêtement, les calculs du besoin en courant doivent prendre un coefficient de dégradation qui varie généralement au cours du temps. Pour les canalisations enterrées ou immergées, la mesure de la dégradation s'effectue sous forme d’une diminution de la résistance d'isolement qui dépend aussi de la résistivité du sol et de la corrosivité du milieu électrolytique environnant.

Tableau Dimensionnement des densités de courant en pratique

POTENTIELS DE PROTECTION CATHODIQUE

2011-08-03T08:58:00.000+01:00

Principe de la protection

La corrosion des métaux au contact des milieux aqueux (eaux, sols, béton) est de nature électrochimique. Dans ces milieux, l’application de la technique de la protection cathodique a pour but de diminuer le potentiel de polarisation du métal à un niveau pour lequel la vitesse de corrosion du métal est réduite de façon significative. Le seuil de protection cathodique peut être déterminé thermodynamiquement . Il correspond au seuil d’immunité tel que représenté dans les diagrammes de Pourbaix correspondant à un état à partir duquel la corrosion devient théoriquement impossible.

Influence du milieu

Le seuil de protection cathodique dépend du milieu au contact duquel l’équipement est en contact.
Il est toutefois difficile de définir théoriquement le seuil de protection cathodique d’un métal dans un milieu donné (impossibilité de tracer avec précision la courbe individuelle de polarisation anodique, calcul thermodynamique basé sur l’hypothèse d’équilibre de la teneur en cation métallique avec le métal dans le milieu corrosif). Les critères pratiques sont donc basés sur l’expérience pour contrôler la corrosion d’une surface métallique en transformant cette surface en la cathode d’une cellule électrochimique.

Le tableau suivant donne les domaines de potentiel généralement recommandés, pour différents métaux dans différents milieux.

Contrôle des mesures de potentiel sur site

La mesure du potentiel électrochimique d'une structure sous protection cathodique doit être effectuée avec l'électrode de référence la plus proche possible du point à contrôler et à courant coupé (les courants de protection cathodique doivent être coupés quelques secondes au moment de la mesure pour éliminer les chutes de tension ou chutes ohmiques générées par ces courants lorsqu’ils circulent dans le sol). Certaines recommandations précisent même que la lecture doit être effectuée rapidement après coupure de courant pour annuler cette erreur.

Autres paramètres modifiant le potentiel de protection requis

A l'instar de la norme NF EN 12954, la norme ISO 13623 "Industries du pétrole et du gaz naturel –Systèmes de transport par conduites" fait varier le critère de protection avec la résistivité du terrain (et le potentiel de corrosion libre) : le seuil acceptable est de –0,75V/ Cu/Cu-SO4 saturé dans le cas d'un sol sableux aéré dont la résistivité est comprise entre 100 et 1000 Ω.m et de –0,65V/ Cu/Cu-SO4 saturé pour des valeurs de résistivité supérieures à 1000 Ω.m.

Le seuil de protection doit être abaissé à –0,95 V/ Cu/Cu-SO4 ou –0,90 V/ Ag/Ag-Cl -eau de mer en cas de milieu anaérobie (favorable au développement de bactéries sulfurogènes), cette valeur étant déterminée à l'aide de l'étude des équilibres tension-pH afin d'autoriser une passivité de l'acier en présence de sulfures.

Pour d'autres métaux courants, les valeurs de potentiel de corrosion et de potentiel de protection à appliquer suivant le milieu sont données dans la norme NF EN 12954 : « Protection des structures métalliques enterrés ou immergées –Principes généraux et application pour les canalisations ».

En général, les seuils de protection varient et les recommandations sont fournies par des normes et documents professionnels. Pour des matériaux à l'état passif mais risquant des corrosions localisées (piqûres, corrosion

caverneuse, corrosion sous tension) le niveau de protection cathodique peut être défini par rapport au potentiel de piqûre : c'est par exemple le cas des aciers inoxydables en milieu chloruré ou celui de l'acier enrobé de béton.