Protection cathodique : anodes sacrificielles ou courant imposé, et pourquoi le revêtement compte autant que le courant

Faire de l'acier la cathode

La protection cathodique (PC) maîtrise la corrosion de l'acier enfoui ou immergé en lui envoyant, par le sol ou l'eau, un courant continu qui fait de toute sa surface la cathode d'une pile électrochimique. Le courant vient d'anodes sacrificielles en zinc, aluminium ou magnésium, ou d'un système à courant imposé alimenté par un redresseur ; la protection donne son meilleur résultat avec un revêtement.

C'est l'une des familles de traitement anticorrosion des métaux industriels. Un point d'entrée de jeu : la conception, la mise en service et le réglage d'un système de protection cathodique relèvent d'un spécialiste en protection cathodique. Le volet revêtement — choix, application, réparation des zones décollées — est celui d'un applicateur comme Induscoat.

Le principe de la protection anti-corrosion cathodique

L'acier qui se corrode dans l'eau ou le sol forme une pile. Aux sites anodiques, le fer cède des électrons et passe en solution ; aux sites cathodiques, ces électrons sont consommés, le plus souvent par la réduction de l'oxygène dissous. Les deux coexistent sur la même surface.

La protection cathodique ajoute une anode externe qui envoie un courant à la structure à travers l'électrolyte. Ce courant polarise l'acier dans le sens négatif jusqu'à ce que ses sites anodiques cessent de se dissoudre : la corrosion passe à l'anode externe. Deux conséquences. Il faut un électrolyte continu : rien ne se passe à l'atmosphère. Et elle ne protège que ce que le courant atteint : l'acier masqué sous certains revêtements décollés, dans une crevasse ou sous un dépôt peut se corroder malgré de bonnes lectures ailleurs.

Le même mécanisme, subi par accident, s'appelle corrosion galvanique. Le tableau de la série galvanique montre pourquoi le zinc, l'aluminium et le magnésium sont du côté actif, et le guide des couples galvaniques courants la retrouve dans les équipements d'usine.

Anodes sacrificielles : zinc, aluminium ou magnésium

Une anode sacrificielle, ou galvanique, est un métal plus actif relié à la structure : la différence de potentiel naturelle fournit le courant et l'anode se consomme par conception. Le métal se choisit surtout selon l'électrolyte et sa résistivité :

• Zinc : eau de mer, eau saumâtre et sols peu résistifs. Faible tension motrice ; on l'évite en général en eau douce chaude, où son comportement devient incertain.
• Alliages d'aluminium : surtout eau de mer et eau saumâtre. Alliages activés pour que leur surface ne se passive pas, ils fournissent beaucoup de charge par unité de masse, d'où leur emploi sur les ouvrages maritimes. Peu employés en eau douce ou dans le sol.
• Magnésium : le plus actif, à la tension motrice la plus élevée, pour les électrolytes résistifs comme l'eau douce et bien des sols. En eau de mer, son débit serait excessif et il se consommerait vite.

Sans alimentation et rarement source d'interférence, les anodes galvaniques ont un débit limité, non réglable, qui convient aux structures bien revêtues ou compactes.

Protection cathodique par courant imposé

Le courant imposé vient d'une source c.c. externe, en général un transformateur-redresseur. La borne négative est raccordée à la structure, la borne positive à des anodes peu consommables — oxydes métalliques mixtes sur titane, fonte à haute teneur en silicium, graphite ou titane platiné — placées dans un déversoir (lit d'anodes), en surface ou profond, ou dans l'eau.

Son débit élevé et réglable convient aux longues conduites, aux parcs de réservoirs, aux sols résistifs et aux grandes surfaces mal revêtues. Le système exige en contrepartie une alimentation permanente et un suivi régulier, avec des risques propres : un redresseur branché à l'envers fait de la structure l'anode, et un débit élevé peut perturber les structures voisines ou surprotéger l'acier le plus proche des anodes.

Anodes sacrificielles ou courant imposé : tableau comparatif

Où s'emploie la protection cathodique

• Conduites et tuyauteries enfouies. Revêtement et protection cathodique forment l'architecture normale. Au Canada, les réseaux de pipelines de pétrole et de gaz relèvent de CSA Z662 ; AMPP SP0169 (anciennement NACE SP0169) et ISO 15589-1 encadrent la pratique pour les conduites enfouies ou immergées.
• Fonds de réservoirs. Le côté sol d'un fond de réservoir hors sol ne se revêt pas sans soulever le réservoir ; API RP 651 traite de la protection cathodique des réservoirs de stockage pétroliers hors sol. À l'intérieur, des anodes complètent le revêtement dans la zone d'eau de fond.
• Structures immergées. Prises d'eau, palplanches, quais, clarificateurs.
• Boîtes à eau d'échangeurs. Des anodes boulonnées protègent la plaque tubulaire, la boîte et le début des tubes (voir la corrosion galvanique des échangeurs de chaleur). Avec des tubes en titane, les potentiels restent dans les limites du fournisseur des tubes.

Protection cathodique et revêtement : la base de la lutte anticorrosion sur l'acier enfoui

Le courant à fournir croît avec la surface d'acier nu au contact de l'électrolyte : une structure bien revêtue n'en demande que pour ses défauts. D'où le partage des rôles : le revêtement fait l'essentiel du travail, la protection cathodique protège ses défauts, dommages et vieillissement.

Sans protection cathodique, la corrosion se concentre aux défauts du revêtement, où un petit manque devient une piqûre profonde ; sans revêtement, une grande structure exige un fort courant et augmente le risque d'interférence.

Sur l'acier enfoui, la prévention combine donc revêtement adapté au sol et à la température, protection cathodique, joints isolants, bornes de mesure et relevés périodiques. Le joint de chantier est souvent le maillon faible : voir les revêtements de pipelines et joints de chantier au Canada.

Décollement cathodique : choisir des revêtements compatibles

À un défaut, le courant atteint l'acier nu ; la réaction cathodique produit des ions hydroxyde, l'interface devient fortement alcaline et l'adhérence cède au bord du défaut : la zone décollée s'étend. Ce décollement cathodique progresse plus vite à potentiel plus négatif, à chaud, et là où des sels solubles ou une préparation insuffisante ont affaibli l'interface.

Un revêtement sous protection cathodique doit résister à l'attaque alcaline — ce qui exclut les liants saponifiables comme les peintures à l'huile et alkydes — et bien adhérer à un acier correctement préparé. Selon le type de revêtement, l'eau sous une zone décollée reçoit encore le courant ou en est masquée : ce comportement fait partie du choix. La résistance se mesure par des essais normalisés :

Potentiel, électrolyte, température, durée et critères d'acceptation viennent de la norme et du devis : les résultats ne se comparent qu'à conditions égales, idéalement à la température de service ou au-dessus. Familles compatibles : époxy lié par fusion et polyéthylène tricouche en usine, systèmes liquides qualifiés pour les joints et les réparations selon CSA Z245.30, époxys de qualité immersion pour réservoirs et boîtes à eau.

Surprotection et interférence

Surprotection. Au-delà de la limite fixée par la norme et la conception, de l'hydrogène se dégage : le décollement s'accélère, les revêtements peuvent cloquer, les aciers à haute résistance risquent la fragilisation par l'hydrogène et le titane peut en absorber. L'aluminium, amphotère, peut se corroder dans le film alcalin.

Interférence. Le courant imposé peut être capté par une structure étrangère (conduite, gaine de câble, réservoir) et la quitter plus loin ; là où il sort, cette structure se corrode. L'interférence c.a. des lignes à haute tension parallèles aux conduites pose des questions semblables. Essais d'interférence et atténuation relèvent du spécialiste, avec les propriétaires voisins.

Critères de protection et mesures

La protection se juge selon le critère de la norme applicable — AMPP SP0169, ISO 15589-1, CSA Z662 pour les pipelines, ou le devis du propriétaire — et non selon une règle empirique. Valeur du critère, électrode de référence et traitement de la chute ohmique viennent de l'édition invoquée par le devis.

La mesure de base est le potentiel structure-électrolyte, lu contre une électrode de référence : cuivre/sulfate de cuivre dans le sol, argent/chlorure d'argent en eau de mer. Une lecture courant établi inclut la chute de tension dans l'électrolyte, d'où les lectures « à coupure instantanée » ou les coupons. Les relevés à intervalles rapprochés et la détection des défauts de revêtement (DCVG) repèrent les points faibles d'une conduite.

Entretien d'un système de protection cathodique

• Relevés de potentiel à la fréquence prescrite.
• Redresseurs : débit, pannes et réglages consignés.
• Anodes galvaniques : consommation vérifiée à chaque arrêt, remplacement avant épuisement, connexions contrôlées.
• Joints isolants : un isolement court-circuité draine le courant vers des structures non protégées.
• État du revêtement : une demande de courant en hausse signale souvent sa dégradation ; les relevés de défauts localisent les zones décollées.
• Réglage par le spécialiste après les réparations de revêtement.

Réparer une zone décollée : enlever le revêtement jusqu'à la partie adhérente, faire évaluer l'acier par l'inspecteur, éliminer les sels solubles, décaper au degré spécifié, appliquer un revêtement compatible chevauchant le revêtement sain, puis contrôler l'épaisseur et détecter les manques avant le remblai ou la remise en eau.

Questions fréquentes

Une structure revêtue a-t-elle encore besoin de protection cathodique ? En général oui ; pour les pipelines de pétrole et de gaz au Canada, la maîtrise de la corrosion externe est une exigence de CSA Z662. Tout revêtement a des défauts que la protection cathodique empêche de devenir des piqûres.

Qu'est-ce qui est préférable : anodes sacrificielles ou courant imposé ? Aucun en général : les anodes galvaniques conviennent aux structures bien revêtues ou compactes en électrolyte peu résistif, le courant imposé aux grandes structures, aux revêtements médiocres et aux sols résistifs. Le concepteur tranche.

La protection cathodique peut-elle abîmer un revêtement ? Oui. La surprotection ou un revêtement incompatible entraînent décollement cathodique et cloquage. Choisir des revêtements éprouvés selon ASTM G8, G42 ou G95, ou qualifiés selon CSA Z245.20 ou Z245.30, à la température de service.

La protection cathodique externe protège-t-elle l'intérieur d'une conduite ou l'acier hors sol ? Non. Elle n'atteint que les surfaces baignant dans l'électrolyte qui porte son courant. L'intérieur demande un revêtement intérieur, l'acier à l'atmosphère un système de peinture.

Induscoat conçoit-elle ou installe-t-elle des systèmes de protection cathodique ? Non. Induscoat travaille avec le spécialiste du propriétaire : nous fournissons et appliquons les revêtements et réparons les zones décollées.

En pratique

Induscoat fournit et applique des revêtements compatibles avec la protection cathodique, répare les zones décollées ou endommagées et revêt boîtes à eau et intérieurs de réservoirs munis d'anodes, en collaboration avec votre spécialiste en protection cathodique, qui conçoit, met en service et règle le système. Ce travail relève de notre service de revêtements protecteurs et de notre offre en protection anticorrosion pour les usines du Québec et de l'Ontario. La structure, son revêtement, la température de service et les relevés suffisent pour commencer : demander une soumission. Les fiches techniques de la gamme Induscoat sont publiées sur le site de la marque, induscoat.com.