Qu'est-ce que la corrosion galvanique ?

Qu'est-ce que la corrosion galvanique ?

La corrosion galvanique est une corrosion accélérée qui apparaît lorsque deux métaux différents sont en contact électrique en présence d’un électrolyte, généralement de l’eau contenant des sels dissous. Ils forment une cellule galvanique, comparable à une petite pile : l’un se corrode plus rapidement que s’il était seul, tandis que l’autre est protégé. (TWI)

Différents potentiels d'électrode dans l'environnement réel entraînent le courant galvanique. Cet article se concentre sur les couples de métaux différents. Un seul métal peut également développer des régions anodiques et cathodiques locales en raison de différences d'accès à l'oxygène ou d'état de surface ; l'utilisation d'un métal n'exclut donc pas une autre corrosion électrochimique.

Le phénomène est parfois appelé corrosion bimétallique ou corrosion de contact. C'est l'une des raisons les plus courantes pour lesquelles les structures extérieures vieillissent prématurément, en particulier dans les infrastructures où différents métaux sont assemblés : garde-corps, poteaux, fixations, connexions de câbles et luminaires. Ce qui est insidieux, c’est que chaque métal peut être parfaitement approprié à lui seul : c’est la combinaison qui crée le problème. Un boulon en acier inoxydable et une pièce en aluminium fonctionnent bien seuls, mais ensemble, dans un air humide et chargé de sel, ils deviennent une cellule de corrosion.

Comment se produit la corrosion galvanique ?

Pour comprendre le mécanisme, il est plus simple de suivre ce qui se passe dans la cellule. Quatre choses se produisent simultanément et dépendent les unes des autres :

• L'oxydation se produit à l'anode. Le métal le moins noble libère des électrons et entre en solution sous forme d'ions. Pour l'aluminium et le fer respectivement : Al → Al³⁺ + 3e⁻ et Fe → Fe²⁺ + 2e⁻. C’est là que se produit la perte de matière.
• Les électrons traversent le contact métallique de l'anode à la cathode. Sans connexion conductrice entre les métaux, il n’y a pas de chemin pour les électrons ni de cellule.
• La réduction se produit à la cathode. Dans l'eau neutre aérée, l'oxygène dissous est réduit : O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻. La cathode consomme les électrons libérés par l’anode, mais le métal de la cathode lui-même n’est pas dégradé.
• Les ions ferment le circuit à travers l'électrolyte. Les ions positifs et négatifs se déplacent dans le liquide et complètent le circuit. C'est là qu'interviennent l'humidité et le sel.

Le courant qui circule est appelé le courant de corrosion, qui mesure directement la vitesse de dégradation de l’anode. Ce courant est entraîné par la différence de potentiel entre les métaux — leurs différentes tendances à libérer des électrons. Tout comme la tension dans une batterie : plus la différence est grande, plus la cellule provoque sa propre corrosion.

Les trois conditions en pratique

L'ensemble du mécanisme peut se résumer en trois conditions qui doivent être remplies simultanément. C’est également la clé pour l’empêcher : supprimez n’importe quelle condition et la cellule ne peut pas se former.

La série galvanique

Le rôle d’anode ou de cathode de chaque métal dépend de sa position dans la série galvanique — un classement des métaux selon leur noblesse dans un électrolyte donné, généralement l'eau de mer. Le métal le plus noble (plus haut) devient la cathode et est protégé. Le moins noble (plus bas) devient l'anode et est sacrifiée.

L'ordre ci-dessus est simplifié. La position réelle dépend de l'alliage, de la température, de la teneur en oxygène et du film passif. Un détail important : l'inox est noble seulement tant que son film d'oxyde passif est intact. Dans une crevasse privée d'oxygène, où le film passif ne peut pas se reformer, le même acier inoxydable peut devenir considérablement moins noble (actif) et se comporter très différemment. La série galvanique (mesurée dans un électrolyte réel) ne doit donc pas être confondue avec la série électrochimique pure (EMF) des potentiels standards, qui ne tient pas compte de la passivation.

Quels métaux se corrodent en premier ?

C’est toujours le métal moins noble du couple qui est sacrifié. En pratique, l’aluminium et le zinc se corrodent lorsqu’ils sont couplés à l’acier inoxydable ou au cuivre, plus nobles. Le magnésium est si peu noble qu’il est sacrifié face à presque tous les autres métaux, propriété utilisée délibérément dans les anodes sacrificielles décrites ci-dessous. Un métal n’est donc pas « sujet à la corrosion » en soi ; c’est sa position par rapport à l'autre métal qui décide.

Pourquoi l'eau salée et les environnements côtiers accélèrent la corrosion

L'eau pure conduit mal l'électricité. Dès qu’elle contient des sels dissous – surtout des chlorures provenant du sel marin et du sel de déneigement – sa conductivité augmente considérablement. Une meilleure conductivité signifie un courant de corrosion plus élevé, ce qui signifie une rupture plus rapide de l'anode. C’est le premier et le plus important effet.

Le deuxième effet est au moins aussi important : Les chlorures décomposent les films passifs. Les métaux tels que l'aluminium et l'acier inoxydable sont normalement protégés par un mince film d'oxyde auto-cicatrisant. Les ions chlorure pénètrent localement dans ce film et amorcent une corrosion par piqûres — attaques localisées qui ont pénétré dans le matériau. Dans une cellule galvanique, les deux effets se renforcent mutuellement.

Les environnements côtiers, portuaires, marins et exposés au sel de voirie peuvent augmenter le risque de corrosion galvanique en raison d'une charge de sel plus élevée, de périodes d'humidité plus longues et de cycles de température et d'humidité récurrents. La présence et la conductivité de l’électrolyte varient en fonction de l’humidité, de la concentration en sel, de la température, du drainage et du séchage ; il n'est pas toujours présent ni également conducteur. Le taux de corrosion dépend également de la combinaison de matériaux, de l’alliage, du rapport de surface anode/cathode, de la géométrie du joint et de l’exposition réelle. L'ISO 12944-2:1998 utilise C5-M pour une corrosivité atmosphérique marine très élevée, tandis que l'ISO 12944-2:2017 utilise C5 et CX. Les catégories décrivent la corrosivité des environnements atmosphériques dans le cadre de la protection contre la corrosion des structures en acier par des systèmes de peinture protectrice ; il ne s'agit pas de classes de luminaires, de certifications de produits ou de méthodes de test. En savoir plus sur la signification des désignations et la documentation requise dans IP66, IK10 et C5-M. (ISO 12944-2:2017)

Le rapport de surface – petite anode, grande cathode

La géométrie est l’un des facteurs les moins bien compris. Il ne s’agit pas seulement de savoir quels métaux se rencontrent, mais quelle est la taille de leurs surfaces les unes par rapport aux autres. Le courant de corrosion entraîné par la cathode doit être absorbé par l’anode. Si l'anode est petite, tout le courant est concentré sur une petite surface : la densité de courant devient élevée et le matériau est rongé très rapidement à cet endroit.

Une petite anode exposée couplée à une grande cathode peut subir une densité de courant de corrosion élevée et une perte de matière concentrée. Une anode plus grande par rapport à la cathode est souvent plus favorable, mais ne garantit pas une attaque lente ou superficielle. L'électrolyte, la passivité, l'accès à l'oxygène et la géométrie des assemblages affectent le résultat.

Il en découle une règle de conception simple : lorsque des métaux différents doivent être combinés, choisissez les fixations, qui sont les petites pièces, dans le métal plus noble . Des boulons en acier inoxydable dans une structure en aluminium restent gérables, car la petite cathode limite le courant. À l’inverse, des boulons en aluminium dans une structure en acier inoxydable constituent une erreur classique : la petite anode se dégrade rapidement.

Corrosion galvanique dans l'éclairage public et les infrastructures

Les infrastructures extérieures associent de nombreux métaux et forment donc des couples galvaniques. Les mâts et les luminaires restent dehors en permanence, toute l’année, souvent dans les environnements littoraux et routiers où le sel est présent. Quelques points de risque typiques :

• Attaches : boulons et vis en acier inoxydable dans des boîtiers en aluminium ou des poteaux en aluminium — la combinaison la plus courante de toutes et une source constante de corrosion locale autour des fixations.
• Pied de mât et trappes d’accès : métaux différents dans les trappes de mâts, les dispositifs de mise à la terre et les fixations où la pluie et le sel de déneigement s’accumulent.
• Connexions des câbles : Le câble en cuivre connecté directement à l'aluminium (joints Al/Cu) est connu pour sa corrosion galvanique combinée à l'accumulation d'oxyde. Cela dégrade le contact, augmente la résistance et peut entraîner de la chaleur et des coupures.
• Ports, ponts, industrie et infrastructures maritimes : environnements à charge constante en sel, où chaque transition métallique est une cellule potentielle.

Ce qu'ils ont en commun, c'est que la corrosion se produit rarement au milieu d'une surface plane, mais précisément aux transitions - là où deux matériaux, et souvent une poche d'humidité, se rencontrent. C’est également là qu’un luminaire ou un poteau commence généralement à montrer son âge. En savoir plus sur les mécanismes sous-jacents Pourquoi les corps de luminaires se corrodent.

Aluminium contre acier inoxydable

L'acier inoxydable à l'état passif est nettement plus noble que l'aluminium. L'aluminium devient donc l'anode et est sacrifié. La combinaison est extrêmement courante – fixations en acier inoxydable dans les structures en aluminium – et fonctionne assez bien tant que l'acier inoxydable (la cathode) est petit par rapport à l'aluminium. Cependant, dans les environnements salins, l’attaque s’accélère autour des boulons, et une isolation ou une étanchéité est nécessaire pour une durabilité à long terme.

Aluminium vs acier galvanisé

L'acier galvanisé a une surface en zinc, moins noble que l'aluminium. Au début, la combinaison est donc relativement bénigne : le zinc est sacrificiel et se corrode en premier, protégeant à la fois l'acier et l'aluminium. Le risque survient plus tard : une fois la couche de zinc consommée, seul l'acier est exposé, et l'acier est plus noble que l'aluminium. La situation s’inverse alors et l’aluminium commence à être sacrifié. La combinaison est donc meilleure que ce que beaucoup pensent à court terme, mais doit néanmoins être surveillée à long terme.

Aluminium contre cuivre

Le cuivre est considérablement plus noble que l'aluminium et la différence de potentiel est grande. Cela fait de cette combinaison l’une des plus agressives de l’électrotechnique pratique. L'aluminium connecté directement au cuivre — en particulier dans les connexions électriques extérieures — se corrode rapidement et l'attaque est souvent combinée à un oxyde isolant qui dégrade le contact électrique. Les connexions directes Al/Cu doivent donc être évitées ou réalisées avec des transitions et des pâtes à joints spéciales.

Comment prévenir la corrosion galvanique

Étant donné que la corrosion galvanique nécessite trois conditions simultanément, il suffit d'en briser une seule pour arrêter le processus. Cela donne plusieurs stratégies possibles, qui sont souvent combinées :

Les anodes sacrificielles méritent un commentaire à part, tant le principe est clair. Sur les bateaux, dans les chauffe-eau et sur les structures en acier marines, des blocs de zinc, d'aluminium ou de magnésium sont installés. Ceux-ci deviennent volontairement la surface la plus anodique du système et sont sacrifiés, tandis que la coque, l'hélice ou le réservoir sont protégés. L'anode est remplacée à intervalles réguliers — c'est une pièce consommable. C'est la corrosion galvanique mise à profit.

Pourquoi les matériaux électriquement isolants éliminent la corrosion galvanique

Le composite SMC renforcé de fibres de verre, électriquement isolant, n'agit pas comme une électrode dans un couple galvanique. Les composites conducteurs, notamment les composites à base de fibre de carbone, peuvent se coupler galvaniquement aux métaux. Les raccords métalliques sur un corps SMC nécessitent toujours leur propre évaluation de compatibilité. (TWI)

Une isolation électrique complète interrompt le circuit galvanique tant qu’elle reste intacte. Les rondelles, manchons et revêtements doivent être conçus et vérifiés pour qu’aucune autre liaison conductrice ne les contourne. Un corps isolant exclut le corps du couple galvanique, sans protéger automatiquement tous les composants métalliques de l’ensemble.

Idées fausses courantes

• "L'acier inoxydable ne rouille jamais." L’acier inoxydable peut subir une corrosion par piqûres et une corrosion caverneuse dans les environnements contenant des chlorures ; en tant que cathode noble, il peut aussi accélérer la corrosion des métaux adjacents moins nobles.
• "L'aluminium ne rouille pas, donc il ne se corrode pas." L'aluminium ne forme pas de rouille (qui est de l'oxyde de fer), mais il se corrode - il forme de l'oxyde d'aluminium et subit des piqûres, en particulier galvaniquement et dans le sel.
• "La corrosion galvanique est la même que la rouille ordinaire." Non. La rouille est l'oxydation du fer. La corrosion galvanique est un mécanisme qui peut affecter les métaux qui ne rouillent pas.
• "Seule la qualité du métal compte." La combinaison et la géométrie (le rapport de surface) sont au moins aussi importantes que la qualité du métal individuel.
• "La peinture résout tout." Un défaut dans un revêtement du côté anodique peut laisser une petite anode exposée couplée à une grande cathode et concentrer l'attaque. L'emplacement du revêtement, la continuité et l'isolation électrique doivent être évalués ensemble. (TWI)

Résumé

La corrosion galvanique n'est pas un défaut matériel mais un processus électrochimique prévisible. Cela se produit lorsque deux métaux différents sont électriquement connectés dans un électrolyte commun et que le métal le moins noble est sacrifié. Le sel et l'humidité le rendent plus rapide, la géométrie détermine où et avec quelle force il frappe, et il est toujours possible de l'éviter en brisant l'une des trois conditions.

Questions fréquemment posées

Sources et lectures complémentaires

• TWI — Qu'est-ce que la corrosion galvanique et comment la prévenir ?
• TWI — Nouveaux revêtements de fixation pour la corrosion dans les assemblages dissemblables
• ISO 12944-2:2017 — Peintures et vernis — Protection contre la corrosion des structures en acier par des systèmes de peinture protectrice — Partie 2 : Classification des environnements