Article technique

13. décembre 2024

Traduction automatique - texte original en allemand

Protection contre la corrosion

Corrosion dans les réseaux d'énergie

En raison de leurs caractéristiques, les réseaux d'énergie peuvent apporter une contribution importante à un approvisionnement énergétique durable. Afin d'assurer une durabilité maximale des installations et la rentabilité qui en découle, il est essentiel de tenir compte des exigences en matière de protection contre la corrosion. Lors du choix des mesures de protection contre la corrosion, il faut tenir compte d'un grand nombre de facteurs d'influence, aussi bien de l'extérieur que de l'intérieur.

Carl-Heinz Voûte, Markus Büchler,

Les réseaux énergétiques sont des réseaux d'approvisionnement en chaleur utilisant l'eau comme fluide caloporteur. La température de l'eau ne diffère que très peu de la température ambiante. Chez le consommateur, des pompes à chaleur produisent la température souhaitée à partir de l'énergie du fluide caloporteur. Les réseaux anergiques sont utilisés aussi bien pour le chauffage que pour le refroidissement.

Ces caractéristiques des réseaux anergiques permettent d'utiliser des sources d'énergie telles que les rejets thermiques des installations industrielles ou la géothermie pour la production de chaleur ou de froid. En Suisse, les installations anergie utilisent par exemple l'eau du lac, les eaux souterraines ou les eaux usées épurées comme source d'énergie. En raison de la volonté de rendre l'approvisionnement énergétique aussi durable que possible, on construit actuellement de plus en plus de réseaux anergiques.

En ce qui concerne la durabilité maximale des installations et la rentabilité qui en découle, il est essentiel de tenir compte des exigences en matière de protection contre la corrosion. Les explications suivantes s'appliquent aussi bien aux tuyaux qu'aux autres installations en contact avec l'eau, comme les échangeurs de chaleur ou les pompes.

CONSTRUCTION DES RÉSEAUX D'ÉNERGIE

Les réseaux d'énergie présentent typiquement la structure suivante:

Circuit primaire

Dans le circuit primaire, le fluide caloporteur, par exemple l'eau de mer ou l'eau souterraine, est acheminé jusqu'à un échangeur de chaleur. L'eau n'est généralement pas traitée et contient de l'oxygène, car le circuit primaire fonctionne en circuit ouvert. Les conduites sont généralement enterrées, mais elles peuvent aussi passer dans des cours d'eau ou des galeries.

Circuit secondaire

Le circuit secondaire est généralement un circuit fermé. Cela permet un réglage défini de la qualité de l'eau. Le circuit secondaire reprend l'énergie du circuit primaire au niveau de l'échangeur de chaleur et l'achemine jusqu'à la pompe à chaleur chez le consommateur. Dans certains cas, un autre transfert de chaleur a lieu avant la pompe à chaleur chez le consommateur au moyen d'un échangeur de chaleur vers un autre circuit fermé chez le consommateur.

Les conduites du circuit secondaire sont généralement enterrées. Mais il existe aussi des cas où les conduites sont placées dans des galeries, au moins sur certains tronçons.

Station de pompage

Des pompes sont nécessaires pour le fonctionnement des circuits primaire et secondaire. Souvent, celles-ci sont installées dans le même bâtiment que les échangeurs de chaleur entre le circuit primaire et le circuit secondaire. Diverses autres installations techniques sont présentes dans les stations de pompage, par exemple des équipements pour le contrôle de l'installation et le réglage de la qualité de l'eau (Fig. 1).

BASE DE CORROSION

La description ci-dessus met en évidence le fait que les éléments métalliques des réseaux d'énergie présentent une multitude d'expositions. Ainsi, il faut tenir compte de la corrosivité de l'eau transportée ainsi que de l'agressivité du matériau du lit de pose. En outre, il faut tenir compte du risque de formation d'éléments galvaniques selon la directive C2 [1] de la SSC ainsi que de l'influence possible des courants vagabonds selon la directive C3 [2] de la SSC. Dans les stations ou pour les conduites dans les galeries, il existe en outre une sollicitation atmosphérique.

Corrosion en nappe

Lors d'un processus de corrosion de l'acier, la réaction partielle anodique (Éq. 1) et la réaction partielle cathodique (Éq. 2) se déroulent simultanément.

Fe → Fe²⁺ + 2e^-(Éq. 1)

Réaction anodique partielle (dissolution du métal)

O2 + 2H₂O + 4e^- → 4OH^- (Éq. 2) Réaction partielle cathodique (réduction de l'oxygène)

Les deux réactions partielles ne sont pas séparées spatialement et se déroulent dans la même zone de surface (Fig. 2).

Si un film passif se forme à la surface de l'acier, les deux réactions partielles sont fortement réduites, de sorte qu'il n'y a pratiquement plus de corrosion (Fig. 2). Le film passif est constitué d'une couche de magnétite d'une épaisseur de quelques nanomètres. La couche passive peut se former dans des conditions alcalines (pH &gt ; 9). Dans le cas de l'acier au carbone, une couche passive peut par exemple se former dans le béton. En raison de l'ajout de chrome, les aciers inoxydables sont spontanément passifs dans l'eau, même dans des conditions neutres.

Élément galvanique

Lorsque deux métaux ayant un potentiel de corrosion différent sont combinés par voie électrolytique et métallique, il se forme un élément galvanique. Le métal avec le potentiel de corrosion le plus négatif devient l'anode et subit une dissolution accélérée. Le métal avec le potentiel de corrosion plus positif devient la cathode - c'est là qu'a lieu la réduction de l'oxygène. Par rapport à la corrosion en nappe, la réaction anodique et la réaction cathodique sont donc séparées dans l'espace. Le principe de la corrosion galvanique est représenté schématiquement à la figure 3.

Le rapport de surface entre l'anode et la cathode est important pour la vitesse de corrosion qui se produit effectivement. Une petite anode et une grande cathode par rapport à celle-ci ont un effet défavorable ; dans ce cas, on observe une vitesse de corrosion élevée. Ces effets sont décrits en détail dans la fiche technique W10018 de la SVGW [3].

Le tableau 1 présente des exemples de couples de métaux (métal A/métal B), tels qu'ils peuvent également apparaître dans les réseaux d'énergie. Il est indiqué s'il existe un risque de corrosion par la formation d'un élément galvanique.

*Tab. 1 Exemples d'appariements de métaux (métal A / métal B).*
Métal A	Métal B	Elément galvanique possible
Acier au carbone / fonte dans l'eau	Acier inoxydable dans l'eau	Oui
Acier au carbone / fonte dans l'eau	Acier au carbone dans le béton	Oui
Acier au carbone dans le béton	Acier inoxydable dans l'eau	Non
Acier au carbone dans le béton	Acier inoxydable dans le béton	Non

La plupart du temps, les composants en fonte et en acier au carbone sont protégés contre la corrosion par un revêtement qui sépare le métal de l'eau. Cela assure une protection efficace contre la corrosion tant que le revêtement ne présente aucun défaut. L'apparition de pores ou de dommages locaux dans le revêtement ne peut toutefois pas être exclue durablement. En raison du rapport défavorable entre les surfaces, des problèmes de corrosion importants apparaissent donc souvent après quelques années de fonctionnement.

Corrosion par courant vagabond

A proximité de générateurs de courant vagabond, par exemple des lignes de courant continu, les structures en contact avec la terre ou l'eau peuvent être exposées à un risque accru de corrosion par l'effet du courant vagabond. En règle générale, le risque réel de courant vagabond doit être déterminé par des mesures. La figure 4 illustre schématiquement le principe de la corrosion par courant vagabond à l'aide d'une ligne de courant continu : une partie du courant de retour quitte les rails et retourne au redresseur sous forme de courant vagabond dans le sol. S'il y a une structure métallique, par exemple une canalisation électriquement conductrice dans le sens de la longueur, le courant entre dans la structure et en sort à proximité du redresseur. C'est là que la corrosion s'intensifie. Plus la structure est longue et plus la distance par rapport à la source de courant vagabond, par exemple les voies ferrées, est courte, plus le risque de courant vagabond augmente. Dans le passé, les problèmes de corrosion par courant vagabond étaient principalement limités aux installations ferroviaires à courant continu. Avec l'utilisation accrue de la production et du transport d'énergie en courant continu, les effets de courant vagabond liés aux installations solaires, aux onduleurs et à la transmission haute tension DC sont de plus en plus fréquents.

MESURES DE PROTECTION CONCERNANT LA CORROSION SUR L'INTERIEUR

L'eau oxygénée est présente dans les réseaux d'énergie dans les circuits ouverts. Les circuits primaires sont souvent des systèmes ouverts et donc ventilés.

Réseau d'énergie avec eau oxygénée - corrosion générale

La corrosion générale est déterminée par l'eau dans les conduites. En présence d'eaux contenant de l'oxygène, les conduites en acier au carbone doivent être protégées contre la corrosion. Dans le cas contraire, il faut s'attendre à des attaques de corrosion (Fig. 5). La protection peut être obtenue par un revêtement, par exemple un revêtement organique tel que de la résine époxyde liée par fusion (FBE) ou du polyuréthane (PUR) ou un revêtement en matériau à base de ciment (FZM). Il est également possible d'utiliser des tuyaux en acier inoxydable avec une classe de résistance à la corrosion appropriée.

Lors de l'utilisation d'aciers inoxydables, il convient de noter que la résistance dépend fortement de la qualité de l'eau. La teneur en chlorure et en sulfate revêt une grande importance à cet égard. Au-delà de certaines concentrations, la corrosion par piqûres ou la corrosion caverneuse peuvent être initiées. Le tableau 2 fournit des informations sur la résistance des aciers inoxydables en fonction de la teneur en chlorure de l'eau. Dans l'eau potable, les aciers inoxydables de la classe III selon SN EN 1993-1-4:2006 A1:2015 ont fait leurs preuves. Dans les eaux usées, on observe de plus en plus de teneurs élevées en chlorures. Pour le choix de la qualité et de la construction avec des aciers inoxydables, il est donc indispensable de procéder à des analyses de l'eau et de tenir compte de la directive C6 [4] de la SSC.

*Tab. 2 Résistance des aciers inoxydables en fonction de la teneur en chlorures de l'eau selon la directive C6 [4] de la SSC.*
Type Inox	Corrosion par piqûres Teneur en chlorures- max. [mg/l]	Corrosion en fissures Contenu en chlorures- max. [mg/l]
Classe II, selon SN EN 1993-1-4:2006 / A1:2015 Par exemple : 1.4301, 1.4307 ~AISI 304	200 (25 °C)	20 (25 °C)
Classe III, selon SN EN 1993-1-4:2006 / A1:2015 Par exemple : 1.4401, 1.4404, 1.4571 ~AISI 316 / 316L	1000 (35 °C)	200 (35 °C)

La résistance des aciers inoxydables est en outre fortement déterminée par la qualité de la surface, l'usinage et surtout aussi la qualité des soudures. Pour les soudures, il faut veiller à ce que les couleurs de revenu (cf. fig. 6) soient entièrement éliminées par décapage et passivation. En outre, les soudures doivent être exemptes de pores et de fissures.

La présence de couleurs de revenu ainsi que de pores et de fissures réduit considérablement la résistance des aciers inoxydables.

Corrosion par formation d'éléments galvaniques

La corrosion galvanique à l'intérieur des systèmes de tuyauterie peut se produire en cas de contact métallique entre des composants en métaux ayant des potentiels de corrosion différents. La situation est illustrée à titre d'exemple pour la combinaison d'acier inoxydable et d'acier au carbone à la Figure 7.

La corrosion galvanique peut être évitée en séparant galvaniquement les composants en métaux différents. Cela peut se faire par exemple par l'installation de brides isolantes. L'effet est schématisé à la figure 8. Lors de l'installation de séparations galvaniques, il faut veiller à ce que la compensation de potentiel nécessaire à la protection des personnes ne les contourne pas. Si tel est le cas, les mesures de protection correspondantes doivent être mises en œuvre à l'aide d'unités de délimitation basées sur les prescriptions de la directive C6 [4].

Systèmes de tuyauterie exempts d'eau oxygénée

L'eau, exempte d'oxygène, est présente dans les circuits étanches aux gaz et fermés par des métaux. Si la composition de l'eau correspond aux exigences de la directive SICC BT102 [5], aucune mesure supplémentaire de protection contre la corrosion n'est nécessaire [6]. C'est également le cas lorsque des métaux présentant des potentiels de corrosion différents sont présents dans le circuit.

Il convient de noter qu'en présence de tuyaux en plastique sans barrière de diffusion métallique dans le circuit, de l'oxygène peut malgré tout pénétrer dans le circuit. Il ne faut donc utiliser que des tuyaux en plastique avec des barrières de diffusion métalliques.

MESURES DE PROTECTION EN CAS DE CORROSION SUR L'EXTERIEUR

Corrosion générale

La corrosion générale des conduites en acier au carbone ou en fonte posées dans le sol est déterminée par le sol. La détermination de l'agressivité du sol est indiquée en détail dans la norme DIN 50929-3:2018-03. La détermination de tous les paramètres est relativement complexe. Dans la pratique, il s'est avéré que la mesure de la résistance du sol seule suffit dans de nombreux cas pour évaluer l'agressivité du sol.

Dans le sol, les canalisations en acier au carbone ou en fonte ne doivent pas être utilisées sans protection. Les exemples suivants de mesures offrent une protection contre la corrosion générale dans le sol:

Revêtement organique en FBE, PUR ou PE
L'acier exposé en cas de défauts dans un revêtement organique peut être protégé efficacement par une protection cathodique contre la corrosion, pour autant que les conditions de la directive C1 [7] de la SSC soient remplies.
Revêtement à base de ciment
Tubes composites à gaine plastique avec surveillance permanente des fuites
Tubes en plastique. Il convient de noter qu'ils ne sont pas étanches aux gaz et que l'oxygène, par exemple, peut s'infiltrer dans l'eau. Pour éviter cela, dans les circuits fermés, les tuyaux doivent être équipés d'une barrière de diffusion métallique.

D'autres indications sur la protection contre la corrosion sont données dans la directive F2 de la SVGW [8].

Corrosion par éléments galvaniques

Des éléments galvaniques sur la face extérieure des conduites peuvent se former dans différentes situations. Les exemples suivants sont donnés à ce sujet:

Le contact électrolytique du tuyau avec différents sols ou avec des couches de sol au-dessus et au-dessous du niveau de la nappe phréatique. En raison du potentiel de corrosion différent de ces zones, des éléments d'aération se forment. La formation de corrosion due aux éléments d'aération peut être évitée par les mêmes mesures que la corrosion générale. De plus, en interrompant la conductivité longitudinale, le risque de corrosion dû aux éléments d'aération peut être fortement réduit.

Un élément galvanique peut être créé par une liaison galvanique avec des structures présentant un potentiel de corrosion plus positif, par exemple avec des structures en béton armé. Le principe est schématisé à la Figure 9. L'installation de séparations galvaniques selon la fiche technique SVGW 10015 [9] entre la conduite et l'armature ainsi que l'installation d'une bride isolante dans la conduite immédiatement après l'introduction dans la maison permettent de bloquer le contact électrique avec l'armature et l'équilibrage général du potentiel. Cela permet d'éviter le risque de corrosion de la conduite enterrée suite à la formation d'éléments avec la structure en béton armé (Fig. 10).

Un contact électrique entre des sections de conduites composées de matériaux différents ayant un potentiel de corrosion différent entraîne également la formation d'un élément galvanique. Un exemple est un élément entre une section de tuyau en acier au carbone comme anode et une section de tuyau avec un tuyau en acier au carbone recouvert de ciment comme cathode, analogue à la figure 7 sur le côté intérieur. Comme à l'intérieur, l'élément galvanique à l'extérieur peut être évité par une séparation galvanique entre les éléments de construction en matériaux différents.

Si des séparations galvaniques sont installées, notamment dans les bâtiments, cela peut avoir pour conséquence qu'une mise à la terre suffisante n'est plus assurée. Ce problème peut être résolu en installant des unités de délimitation conformément à la directive C6 [4] de la SSC. Une unité de délimitation est un circuit électrique composé de diodes disposées en antiparallèle. En cas de faibles tensions, ce circuit provoque une séparation électrique. En cas de tensions plus élevées, le circuit devient électriquement conducteur. Cette tension dépend du type et du nombre de diodes installées. Il est ainsi possible d'éviter la formation d'éléments galvaniques tout en garantissant une protection efficace des personnes par la mise à la terre en cas de défaut, lorsque des tensions plus importantes apparaissent.

Corrosion par courants vagabonds

Comme les structures métalliques en contact avec la terre en général, les lignes d'énergie peuvent également être menacées par l'action des courants vagabonds. Le principe de l'action du courant vagabond est représenté schématiquement à la figure 4 pour le cas d'une influence ferroviaire. Les mesures de protection suivantes sont disponibles:

Interruption de la conductivité longitudinale, par exemple au moyen de raccords à manchon électriquement isolants.
Dans les zones critiques, comme par exemple les traversées d'une voie à courant continu, l'influence du courant vagabond peut être empêchée par l'utilisation de gaines en un matériau électriquement isolant.
Séparation galvanique à l'entrée de la maison pour éviter une connexion électrique avec d'autres systèmes de mise à la terre.
Installation de mesures de protection actives conformément à la directive C3 de la SSC [2].

Corrosion atmosphérique

Dans des locaux tels que des stations de pompage ou des galeries, les conduites en acier au carbone ou en fonte sont menacées par la corrosion atmosphérique. Le risque de corrosion est accru en présence de conditions de condensation. Dans les systèmes d'énergie, en particulier, les surfaces des tuyaux sont souvent froides, ce qui entraîne des phénomènes de condensation et de corrosion importants.

Pour éviter la corrosion atmosphérique, les composants en acier au carbone ou en fonte doivent être recouverts d'un système de revêtement correspondant à la classe d'exposition présente. Le revêtement doit être conforme aux exigences de la norme EN ISO 12944. S'il faut s'attendre à de la condensation, il faut choisir un revêtement adapté à la classe d'exposition Im1 (eau douce) conformément à la norme EN ISO 12944-2. L'expérience montre que l'utilisation d'une isolation thermique ne permet pas d'éviter la condensation et donc la corrosion à la surface des tuyaux.

Une climatisation permet d'éviter la formation d'eau de condensation. Pour cela, l'humidité de l'air dans les pièces doit être réduite de manière à ce qu'aucune condensation ne se forme à la surface des tuyaux. Cela signifie que le point de condensation doit être inférieur à la température de surface des tuyaux. Il est recommandé de maintenir un écart de point de rosée d'au moins trois degrés par rapport à la température de surface des tuyaux.

CONCLUSIONS

Les tuyauteries des réseaux d'énergie sont exposées à de multiples risques de corrosion, tant à l'intérieur qu'à l'extérieur. Il est donc crucial d'analyser soigneusement au préalable les conditions environnementales avec lesquelles le système est en contact ainsi que la situation d'influence. Cela permet de sélectionner correctement les matériaux et de choisir des systèmes de protection appropriés. Pour les bâtiments, par exemple les stations de pompage, il est indispensable d'établir un concept de mise à la terre qui tienne compte aussi bien des aspects de la protection des personnes que de ceux de la protection contre la corrosion.

La mise en œuvre professionnelle des mesures de protection est d'une grande importance. La qualité des mesures de protection doit donc être contrôlée par des mesures. En particulier, sur la base de l'expérience acquise jusqu'à présent, les aspects suivants sont indispensables pour une mise en œuvre réussie d'une protection anticorrosion efficace pendant la phase de construction et la mise en service :

Contrôle de la séparation galvanique efficace
Soudure correctement exécutée et traitement ultérieur correct des soudures, idéalement par décapage et passivation en bain complet
surveillance du respect des prescriptions de la directive SICC BT102 en ce qui concerne la qualité de l'eau

Les bases d'une protection efficace contre la corrosion sont parfaitement connues et documentées dans la directive F2 de la SVGW relative aux réseaux de froid et d'énergie à distance, dans les directives C1, C2, C3 et C6 de la SVGW ainsi que dans les fiches techniques W10018 et W10015 de la SVGW. Si ces directives sont correctement appliquées et maintenues, une protection efficace contre la corrosion et pour les personnes est garantie durablement.

Bibliographie

[1] SGK : Directive C2, Directive pour l'étude de projet, l'exécution et l'exploitation de la protection cathodique des tuyauteries contre la corrosion, édition 2023-05

[2] SGK : Directive C3, Directive relative à la protection contre la corrosion due aux courants vagabonds des installations à courant continu, édition 2022-11

[3] SVGW : Fiche technique W10018f, Corrosion par éléments galvaniques lors du raccordement de différents matériaux de conduites d'eau potable dans les installations techniques du bâtiment, édition février 2011

[4] SICC : Directive C6, Directive sur la protection contre la corrosion dans les installations d'eaux usées, édition 2010-08

[5] SICC : Directive BT102-01, Qualité de l'eau pour les installations techniques du bâtiment, 2ème édition. édition, 2012-08

[6] Voûte, C.-H. ; Büchler, M. (2022) : Qualité de l'eau dans les systèmes de chauffage urbain. Article spécialisé Aqua &amp ; Gas N°2

[7] SGK : Directive C1, Directive pour l'étude de projet, la réalisation et l'exploitation de la protection cathodique contre la corrosion des conduites, édition 2023-05

[8] SVGW : Directive F2d, Directive pour les réseaux de froid et d'énergie à distance, édition juillet 2020

[9] SVGW : Notice W10015f, Séparation électrique des conduites d'eau et des installations de mise à la terre, édition février 2011

Kommentare (0)

e-Paper

Avec l'abonnement en ligne, lisez le E-paper «AQUA & GAS» sur l'ordinateur, au téléphone et sur la tablette.

Avec l'abonnement en ligne, lisez le E-paper «Wasserspiegel» sur l'ordinateur, au téléphone et sur la tablette.

Avec l'abonnement en ligne, lisez le E-paper «Gasette» sur l'ordinateur, au téléphone et sur la tablette.