Etudes expérimentales et simulations des processus de corrosion aux interfaces matériaux métalliques-environnement, Experimental studies and simulations of corrosion processes at the metallic material-environment interfaces

Henri Joseph Mendy

Description

Sous la direction de Annie Chausse
Thèse soutenue le 09 décembre 2008: Evry-Val d'Essonne
L’objectif de ce travail vise, à partir d’un modèle mésoscopique basé sur les automates cellulaires, qui prend en compte un petit nombre de processus simples, à interpréter les simulations numériques obtenues afin de mieux appréhender la complexité de la corrosion. Dans la première partie de ce mémoire, le modèle est appliqué à deux cas : un métal protégé par une couche isolante présentant un défaut et un métal recouvert d’une couche d’oxyde. Les réactions anodiques et cathodiques simulées peuvent se faire soit sur un même site (réactions localisées) soit sur deux sites différents (réactions spatialement séparées). L’étude des réactions localisées montre le détachement d’îlots métalliques au cours de la corrosion. Ces résultats correspondent à un phénomène mis en évidence expérimentalement l’effet chunk, responsable de déviations à la loi de Faraday. Il est montré que la vitesse effective de corrosion est amplifiée par la production des îlots résultant d’un couplage corrosion-érosion. Les réactions anodiques et cathodiques spatialement séparées sont ensuite étudiées montrant l’influence de la diffusion des espèces acido-basiques dans l’électrolyte et mettant en évidence, un régime initial où la solution reste homogène, suivi d’un régime limité par la diffusion où apparaissent des hétérogénéités chimiques engendrant des hétérogénéités physiques (rugosité du front). Le couplage entre les phénomènes chimiques et morphologiques est clairement démontré. Enfin dans une dernière partie, nous nous sommes attachés à mettre en évidence expérimentalement les déviations à la loi de Faraday dans le cas de la corrosion du zinc en milieu acide sulfurique.
-Effet chunk
The aim of this study is, using a mesoscopic model based on cellular automata and taking into account a small number of simple processes, to explain numerical simulations obtained in order to better understand the complexity of corrosion. In the first part of this work, the model is used to simulate corrosion in a defect of material protected by an insulating layer and on a metal covered by an oxide layer. Anodic and cathodic reactions simulated in the model can take place in the same site (localized reactions) or in two different (spatially separated reactions) sites. Study of localized reactions shows the detachment of metallic islands during corrosion. These results correspond to a phenomenon which has been experimentally proven, named chunk effect, and is responsible of the deviation with Faraday’s law. It is shown that effective corrosion speed is enhanced by the production of islands resulting from corrosion-erosion coupling. Secondly studies of spatially separated reactions, have shown the influence of the diffusion of acid-basic species in the solution and have permitted to carry out, an initial regime characterised by an homogenous solution, followed by diffusion limited regime, where chemical heterogeneities leading to physical heterogeneities (roughness of the front) appear. The relationship between chemical and morphological phenomena is clearly demonstrated. Finally we have demonstrated experimental deviations with Faraday’s law in the case of zinc corrosion, in sulphuric acid medium.
-Chunk effect
Source: http://www.theses.fr/2008EVRY0026/document

Informations

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• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

THESE

Présentée à

L’UNIVERSITE D’EVRY VAL D’ESSONNE

U.F.R de SCIENCES FONDAMENTALES ET APPLIQUEES

Pour obtenir le grade de

DOCTEUR en CHIMIE

Par


Henri Joseph MENDY




ÉTUDES EXPÉRIMENTALES ET SIMULATIONS DES

PROCESSUS DE CORROSION AUX INTERFACES

MATÉRIAUX MÉTALLIQUES-ENVIRONNEMENT




Soutenance prévue le 09 Décembre 2008 devant le jury :

M. J.P. BADIALI Président
Mme A. CHAUSSE Directeur de thèse
M. D. DI CAPRIO Rapporteur
M. D. FERON Rapporteur
Mme M.C. PHAM Examinateur
Mme C. VAUTRIN-UL Examinateur


A la mémoire de mon cher Papa
Et pour ma chère Maman



















Henri J Mendy Thèse de Doctorat
Remerciements

REMERCIEMENTS

Je voudrais remercier Madame Annie CHAUSSE, mon directeur de thèse, de m’avoir permis de
faire ma recherche au sein de son équipe « Réactivité aux Interfaces dans l’Environnement ». Je lui
suis très reconnaissant de sa disponibilité, de son soutien et de l'attention qu'elle a portée à mon
travail.

Je remercie aussi Madame Christine VAUTRIN-UL pour son encadrement, son soutien et son
expérience que j'ai pu apprécier tout au long de ma thèse.

Je remercie Madame Jeanine TORTAJADA, directrice du Laboratoire Analyse et Modélisation
pour la Biologie et l’Environnement (LAMBE) de l'Université d'Évry Val d'Essonne pour m'avoir
accueilli dans son laboratoire.

Je remercie Messieurs Damien FERON et Dung DI CAPRIO pour l’intérêt qu’ils ont porté à juger
mes travaux. Je l’ai perçu comme un grand honneur.

Je tiens à remercier Monsieur Jean Pierre BADIALI et Madame Minh Chau PHAM pour avoir
accepté de participer à mon jury de thèse.

Je remercie vivement tous ceux qui ont apporté leur concours à cette recherche et plus
particulièrement Monsieur Janusz STAFIEJ pour son apport à la réalisation et à la compréhension
des programmes de simulations, Monsieur Sébastien VINGALALON pour son assistance
informatique, mais aussi Monsieur Abdelhafed TALEB, Monsieur Bernard CHAPPEY, Monsieur
André SONKO, Monsieur Jean Marie LEMOINE.

Un grand Merci à l’ensemble du personnel du LAMBE pour tous les bons moments passés
ensemble.



Henri J Mendy Thèse de Doctorat
Remerciements
J’ai une pensée pour l’ensemble de mes ami(e)s, de mes connaissances et de celles et ceux dont le
nom ne figure pas sur ces pages. Je remercie Monsieur Jean Charles MENDY pour ses devoirs
accomplis de frère aîné et l’ensemble de ses conseils de qualités.

Enfin je dédie cette thèse à tous mes Parents sans exceptions, en particulier à mon cher Papa,
François MENDY et à ma chère Maman Renée MENDY. Papa je sais que tu serais très fier de moi
si tu étais là, toutefois que la Terre te soit légère.





















Henri J Mendy Thèse de Doctorat
Sommaire









SOMMAIRE





















Henri J Mendy Thèse de Doctorat Sommaire
SOMMAIRE page 1
INTRODUCTION GENERALE page 5
Chapitre I : ETAT DE L’ART SUR LA CORROSION AQUEUSE
INTRODUCTION page 7
I.1. GENERALITES page 7
I.2. ÉTUDES EXPÉRIMENTALES DE LA CORROSION page 12
I.2.1. METHODES EXPERIMENTALES page 12
I.2.2. DONNEES EXPERIMENTALES page 13
I.2.2.a. Influence du pH page 13
I.2.2.b. Influence des anions page 16
I.2.2.c. Dissolution anormal du métal : écart par rapport à la loi de Faraday page 17
I.3. MODELISATIONS MECANISTES page 18
I.3.1. BASES DES MODELISATIONS MECANISTES page 18
I.3.2. EXEMPLES DE MODELISATIONS MECANISTES page 19
I.4. MODELISATIONS VIA LES AUTOMATES CELLULAIRES page 22
I.4.1. ASPECTS DETERMINISTES ET STOCHASTIQUES page 22
I.4.2. AUTOMATES CELLULAIRES page 22
I.4.3. PRESENTATION DE MODELISATION page 23
I.5. CONCLUSION page 27
I.6. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES page 28





Henri J Mendy Thèse de Doctorat page 1 Sommaire
Chapitre II : MODELISATION MESOSCOPIQUE DE LA CORROSION
AQUEUSE
II.1. PRESENTATION DU MODELE page 31
II.1.1. BASES PHYSICOCHIMIQUES DU MODELE page 32
II.1.2. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU MODELE page 33
II.1.2.1. Définition et nature des sites page 35
II.1.2.2. Règles de transformations page 36
II.1.2.2.a. Transformations schématisant
les réactions électrochimique délocalisées