Couples galvaniques en usine : les paires de métaux courantes et comment les maîtriser

Un couple galvanique se forme quand deux métaux différents sont en contact électrique et mouillés par le même électrolyte. Le métal le moins noble devient l'anode et se corrode plus vite que s'il était seul ; le plus noble devient la cathode, protégée. Supprimez une seule des quatre conditions — anode, cathode, électrolyte, contact métallique — et le couple s'arrête.

Le tableau de la série galvanique dit quel métal sera l'anode ; la corrosion galvanique des échangeurs de chaleur est traitée à part. Voici le catalogue de terrain : les paires rencontrées en usine et la parade pour chacune.

Qu'est-ce qu'un couple galvanique ?

Un couple galvanique est une pile de corrosion en court-circuit. Un métal cède des électrons et se dissout ; l'autre les consomme dans une réduction — en eau neutre, surtout celle de l'oxygène dissous. L'attaque de l'anode est la corrosion galvanique ; le « couplage galvanique », c'est le fait de relier les deux métaux, exprès ou par accident.

La pile exige quatre éléments en même temps :

Une même paire peut durer des années au sec et lâcher vite à l'extérieur : seul l'électrolyte a changé.

Couple électrolytique, couple électrochimique : de quoi parle-t-on ?

Sur le terrain, « couple électrolytique » et « couple galvanique » désignent la même chose. En chimie, un « couple électrochimique » est d'abord un couple oxydant-réducteur (l'ion cuivre et le cuivre métal, par exemple) ; deux couples réunis forment une pile, que l'on appelle couple galvanique en corrosion. Les « effets galvaniques » recouvrent l'ensemble : anode corrodée, cathode protégée.

Ce qui fixe la sévérité : écart de potentiel, rapport de surfaces, électrolyte

L'écart de potentiel. Plus les deux métaux sont éloignés dans la série galvanique, plus la force motrice est grande. Cuivre contre bronze reste en général tolérable ; inox contre aluminium ne l'est pas en service humide.

Le rapport de surfaces. Le courant recueilli par la cathode est fourni par l'anode. Une petite anode face à une grande cathode se corrode vite — boulons en acier au carbone dans une bride inox, cas d'école. L'inverse répartit l'attaque : des boulons inox dans une bride en acier posent rarement problème.

L'électrolyte. Conductivité et durée de mouillage comptent. Eau de mer, sels de déglaçage et éclaboussures chimiques font un électrolyte fort ; condensation et pluie, un électrolyte intermittent. En eau peu conductrice, l'attaque se concentre à la jonction.

Que veut dire « galvaniquement compatible » ?

Deux métaux sont galvaniquement compatibles quand leur couplage ne cause pas de corrosion inacceptable dans l'environnement prévu. Pour la visserie et les boîtiers, on vérifie avec l'indice anodique : les guides admettent un écart d'indice de 0,15 V en environnement sévère, 0,25 V en normal et 0,50 V en contrôlé. L'indice ignore le rapport de surfaces et l'immersion ; pour l'équipement en eau, en sol ou en procédé, la série et les trois facteurs priment.

Les couples galvaniques courants en usine

Les couples qui causent le plus d'ennuis

Couple galvanique alu inox. Le plus fréquent à l'extérieur : capots, chemins de câbles et supports d'instruments en aluminium fixés avec de la visserie inox. L'aluminium autour de la fixation se corrode en poudre blanche et le filet grippe. Un grand panneau inox riveté à l'aluminium en est la version sévère.

Acier / cuivre. Partout où l'acier rencontre cuivre ou laiton : eau de procédé, condenseurs, lignes d'instruments. L'acier s'amincit près du joint. Et les ions cuivre dissous peuvent se redéposer sur l'acier ou l'aluminium en aval, créant de nouvelles cathodes locales.

Acier galvanisé / inox. Le zinc est fait pour se sacrifier ; couplé à l'inox en milieu humide, il s'épuise vite au contact, puis l'acier nu devient anode. Des fixations inox sur charpente galvanisée sont en général acceptables en atmosphère avec rondelles isolantes ; l'inverse non.

Fonte / bronze. Cas classique : une pompe ou une vanne à roue ou internes en bronze dans un corps en fonte, mise en eau de mer ou en eau de refroidissement agressive. La fonte subit une corrosion graphitique : le fer se dissout et laisse un réseau de graphite d'apparence intacte qui se raye au couteau. Cette surface est noble : une pièce d'acier neuve boulonnée dessus devient l'anode suivante.

Titane / acier. Le titane, très noble, présente souvent une grande surface — tubes, plaques — et l'acier en contact reçoit un fort courant galvanique. Les potentiels de protection cathodique restent dans les limites du fournisseur pour éviter que le titane absorbe de l'hydrogène.

Les couples cachés qu'aucun dessin ne montre

• La calamine est cathodique par rapport à l'acier nu ; ses discontinuités se corrodent en priorité — d'où son enlèvement exigé avant revêtement.
• Une manchette d'acier neuve insérée dans une vieille conduite devient anodique face à l'ancien tuyau entartré.
• Un métal d'apport moins noble que le métal de base se corrode en priorité ; en service humide, on le choisit au moins aussi noble.
• L'inox passif et l'inox actif se comportent comme deux métaux : un interstice ou un dépôt rend une partie de la surface active face au reste — voir la corrosion caverneuse et la corrosion par piqûres.
• Les joints en graphite agissent comme cathodes face aux brides en acier.

Maîtriser un couple galvanique : les parades

Chaque parade coupe une condition ; les bonnes solutions en combinent plusieurs.

1. Choisir des métaux proches dans la série. Pour le neuf et les pièces de remplacement, c'est la mesure la plus durable : apparier la fixation à la pièce, la manchette au circuit, l'apport au métal de base. Si le mélange est inévitable, la petite pièce est la plus noble.

2. Isoler électriquement. Une trousse d'isolation de bride — joint isolant, manchon sur chaque boulon, rondelles isolantes sous les écrous — coupe le chemin métallique entre deux circuits ; sur les structures, rondelles, manchons et cales isolants font de même. Elle se vérifie électriquement après pose, se court-circuite facilement par un support, une mise à la terre ou un tube, et doit respecter les exigences de continuité électrique de l'usine.

3. Revêtir la cathode, ou les deux — jamais seulement l'anode. Si un seul métal peut être revêtu, c'est le plus noble : on réduit la surface cathodique qui alimente l'attaque. Sur l'anode seule, chaque porosité devient une petite anode face à toute la cathode et se perfore plus vite que le métal nu. Revêtir les deux, avec contrôle à l'étincelle, est l'option robuste.

4. Ajouter une anode volontaire. La protection cathodique utilise le même mécanisme exprès : anodes sacrificielles en zinc, aluminium ou magnésium, ou courant imposé, font de la structure la cathode. Les anodes s'usent par conception : on les inspecte et on les remplace.

5. Supprimer l'électrolyte. Trous de drainage dans les profilés et supports, mastic sur les surfaces de contact, aucune poche où l'eau stagne contre un joint. Un calorifuge mouillé est un réservoir d'électrolyte.

6. Inhiber les circuits fermés. En circuit fermé d'eau ou de glycol à plusieurs métaux, l'inhibiteur doit les couvrir tous — les alliages cuivreux demandent généralement un inhibiteur de type azole. L'attaque apparaît quand l'inhibiteur s'épuise : l'analyse du fluide fait partie de l'entretien.

Voir aussi le guide du traitement anticorrosion des métaux industriels.

Fixations : vis inox dans l'aluminium, boulons acier sur cuivre

La visserie crée la plupart des couples galvaniques ; son choix fixe le rapport de surfaces.

Vis inox dans l'aluminium. La vis est une petite cathode dans une grande anode : à l'intérieur et au sec, c'est généralement acceptable. Dès que le sel et l'eau atteignent le joint, l'aluminium autour du filet se corrode et la vis grippe. Poser rondelles et manchons isolants, appliquer un produit d'étanchéité de filetage pour que l'eau ne remplisse pas le filet, et éviter les endroits où l'eau s'accumule.

Boulons acier sur cuivre ou bronze. La pire configuration : petite anode d'acier, grande cathode de cuivre, attaque sur la tige et sous la tête, là où la résistance compte. Prendre une boulonnerie bronze ou inox.

La même logique exclut les boulons en acier au carbone dans les brides inox et les boulons galvanisés sur des pièces inox ou cuivre : dans le doute, la fixation est le métal le plus noble.

Questions fréquentes

Un couple galvanique agit-il si le joint est sec ? Non. Sans électrolyte, pas de chemin ionique ni de courant galvanique. Le risque revient dès que condensation, pluie ou calorifuge mouillé atteignent le joint.

Quel métal se corrode dans un couple aluminium-inox ? L'aluminium. L'inox à l'état passif est bien plus noble ; l'aluminium devient l'anode et se corrode au contact.

Le couplage galvanique est-il toujours nuisible ? Non. L'acier galvanisé et les anodes sacrificielles sont des couples galvaniques voulus : le zinc ou l'anode se corrode pour que l'acier ne se corrode pas.

Comment vérifier qu'une trousse d'isolation de bride fonctionne ? Mesurer l'isolement électrique à travers la bride après la pose, puis vérifier qu'aucun support, mise à la terre ou tube ne le court-circuite.

En pratique

Un problème galvanique se règle en coupant une condition au bon endroit. Induscoat diagnostique la corrosion entre métaux dissemblables, répare les équipements attaqués et applique des revêtements barrières choisis pour le service dans le cadre de son offre de revêtements protecteurs et de ses travaux de protection anticorrosion pour les usines du Québec et de l'Ontario. Des photos du joint, les matériaux de chaque pièce et le milieu de service suffisent pour démarrer : demander une soumission. Les fiches techniques de la gamme Induscoat sont publiées sur le site de la marque, induscoat.com.