Les phénomènes de biocorrosion aqueuse - Journée technique
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CENTRE DE TECHNOLOGIES EN
CORROSION, BIOCORROSION ET BIOFOULING
Les phénomènes
de biocorrosion
aqueuse
Vanessa Leblanc
Journée technique
Dépôt & Biofilm
Nancy le 08 septembre 2016
VL/HG – 16/PRES-
CORRODYS, 145 Chemin de la Crespinière, BP 48, 50130 Cherbourg-Octeville - FRANCE
www.corrodys.com - Tél. + 33 (0)233 018 340
CORROSION INFLUENCÉE PAR LES MICROORGANISMES
Définition
Corrosion influencée ou
induite par des micro-organismes (CIM)
Biocorrosion « Ensemble des phénomènes de corrosion où Biodétérioration
les microorganismes, agissant directement ou
par l’intermédiaire des substances provenant
de leur métabolisme, jouent un rôle
primordial soit en accélérant un processus
Corrosion déjà établi, soit en créant les conditions Corrosion
biochimique favorables à son établissement. » microbienne
(Chantereau, 1980)
Quelques chiffres
20% de l’ensemble des dégâts causés par la corrosion de manière générale
Perte de 5 tonnes d’acier par secondes au niveau mondial (Steyer et al., 2004)
75% de la corrosion dans l’industrie pétrolière et 50% dans les pipelines et les
conduits souterrains (Walch et al., 1992)
CORROSION INFLUENCÉE PAR LES MICROORGANISMES
Résultat de la conjonction défavorable de trois facteurs
Milieu
CIM
Micro-
organismes
Matériau
Interactions matériau-milieu-micro-organismes en Corrosion Influencée
ou Induite par les Micro-organismes (CIM) (Féron et al., 2002)
Tout matériau en contact avec un milieu biologiquement actif est sujet à la
formation d’un biofilm à sa surface, et susceptible d’être victime de CIM.
LES MICRO-ORGANISMES
Paramètres Valeurs extrêmes Exemples
Température De - 12°C Bactéries psychrophiles
à + 113°C Pyrolobus fumarii
pH Très acide Thiobacillus ferrooxidans (2,5)
à très basique Plectonema nostocorum
Salinité Eau pure Bactéries dans les eaux
Eaux hypersalées déminéralisées
Halanaerobaculum tunisiense
(300g/L)
Potentiel Conditions oxydantes à Communauté microbienne aérobie
redox réductrices et anaérobie
Pression < 0,01 bar Bactéries dans les systèmes sous vide
hydrostatique > 1400 bar Desulfovibrio piezophilus (1600m de
prof)
Surfaces Toutes les surfaces et Métaux, verres, plastiques, interface
interfaces sauf sur certains hydrocarbure/eau
organismes marins
Radiations Résistance aux ryt gamma Deinococcus radiotolerans
Résistance aux UV
MÉTABOLISMES BACTÉRIENS
Nutriments
Éléments essentiels : carbone, azote, phosphate, soufre, hydrogène et oxygène
Éléments mineurs : potassium, calcium, magnésium et fer
Oligo-éléments : manganèse, zinc, cobalt, molybdate, nickel et cuivre
Classification selon la source en énergie et en carbone
Micro-organismes
Source énergétique Chimiotrophes Phototrophes
Source d’énergie Chimiolithotrophes Chimioorganotrophes
Source de carbone Autotrophes Hétérotrophes
Réaction
d’oxydoréduction
BIOFILM: « THE CITY OF MICROBES » (P. WATNICK ET R. KOLTER)
Une diversité de communautés
Des interactions métaboliques
Des voies de communications
Une structure organique et minérale
Une stratégie de survie
Interface hétérogène entre le milieu et le métal
Modification du milieu environnant
Impact sur le matériau (corrosion)
FORMATION D’UN BIOFILM
Protéines Carbohydrates Bactérie Matrice extracellulaire Biofilm
Adsorption Immobilisation Consolidation Colonisation
Temps
Quelques minutes Quelques jours voire
quelques mois
Perte de rendement
Alourdissement des structures
Pollution organique, chimique, etc.
Souring (industrie pétrolière)
Biocorrosion
ACIER AU CARBONE
Tubes, pipeline
Croissance d’une flore
sulfurogène
Corrosion localisée sous
tubercule: couplage
galvanique lié aux FeS et
acidification localisée,
associée à une
excroissance localisée de
produits de corrosion
Impact direct du
métabolisme bactérien
5 mm associé à des conditions
physico-chimiques
Illustration issue des travaux de J.L. Crolet particulières
MÉCANISME DE BIOCORROSION (CIM)
Cas de l’acier non allié
Acier
Microorganismes aérobies et anaérobies
MÉCANISME DE BIOCORROSION (CIM)
Cas de l’acier non allié
EPS
Biofilm
Acier
Formation d’un biofilm – Bactéries aérobies
Production d’EPS (substances polymères extracellulaires)MÉCANISME DE BIOCORROSION (CIM)
Cas de l’acier non allié
APB
EPS
Biofilm
Acier
APB – Bactéries Productrices d’Acides (fermentaires)
Aérobies, Anaérobies
Acide acétique, CO2, acétateMÉCANISME DE BIOCORROSION (CIM)
Cas de l’acier non allié
APB
EPS
Acides
Zone
anaérobie
Biofilm
Acier
Création de piles d’aération différentielleMÉCANISME DE BIOCORROSION (CIM)
Cas de l’acier non allié
APB
EPS
Acides
H2S Bactéries SO42-
sulfurogènes
Biofilm EPS
Acier
Bactéries sulfurogènes dont BSR et BTR
Anaérobies, utilisation CO2 et acides
Production de sulfures, CO2MÉCANISME DE BIOCORROSION (CIM)
Cas de l’acier non allié
APB
EPS
Acides
H2S Bactéries
H2 sulfurogènes
Biofilm EPS
FeS
Acier
Précipitation de sulfures de fer
couche homogène = protecteur mais …
création de piles entre acier (=anode) et sulfures de fer (=cathode)MÉCANISME DE BIOCORROSION (CIM)
Cas de l’acier non allié
APB
EPS
Acides
H2S Bactéries
H2 sulfurogènes Fe2+ H2S SO42-
Biofilm
FeS FeS FeS e-
Action cathodique Fe0
des sulfures de fer
Corrosion
sous dépôt
Oxydation du fer
Acier (anode)
2 types de CIM : par voie chimique (métabolites) et électrochimique
(BSR électroactives)MÉCANISME DE BIOCORROSION (CIM)
Cas de l’acier non allié
APB
EPS
Acides
CH4 Bactéries
H2S
sulfurogènes Fe2+
H2 H2S SO42-
Biofilm
FeS FeS FeS
e-
Fe0 0
Fe
Corrosion
sous dépôt
Oxydation du fer
Acier (anode)
Bactéries méthanogènes
Espèces électroactives?
Intérêt groupes métaboliques vs groupes fonctionnelsACIER INOXYDABLE
Circuit incendie (eau brute
saumâtre),en acier inoxydable 316L
Corrosion caverneuse et
localisée
Présence en grande quantité
de bactéries sulfato-
réductrices (BSR), mais
surtout de bactéries
thiosulfato-réductrices (BTR)
Acidification localisée et
production de sulfures
entraînant une rupture du
film passif
CIM directement liée
aux métabolismes
bactériensACIER INOXYDABLE
Circuit de refroidissement de process (eau brute de
puits), en acier inoxydable 316L
Eau ferrugineuse
facilitant la croissance
de bactéries ferro-
oxydantes
Formation de dépôts
induisant des
percements par effet
crevasse
L’impact des bactéries
ne serait pas
directement lié à leur
métabolismeCUIVRE
Circuit d’eau douce, sanitaire d’un navire
Attaques localisées non
explicables par la
physico-chimie
Présence d’une grande
quantité de bactéries
sulfurogènes sur les
zones d’attaque localisée
CIM directement liée
aux métabolismes
bactériens
5 mmCUPRO-NICKEL
Echangeur de chaleur en cupro-nickel 90/10
Zone de corrosion-
érosion
Formation de sulfures de
cuivre moins protecteur
que l’oxyde de cuivre par
communauté sulfurogène
Le métabolisme
bactérien entretient
indirectement une
5 mm forme de corrosion-
érosion
0,5 mmPRÉVENTION / SOLUTIONS
Du cas par cas Amélioration des
propriétés du
Suppression des matériau
facteurs de croissance
Traitement
Modification des mécanique
propriétés physico- Milieu
chimiques Amélioration du
design de la
structure
CIM
Micro- Protection par
organismes revêtements et
Matériau
autres traitements
de surface
Protection
Traitement biocide ou
cathodique (anode
bactériostatique
sacrificielle, courant
Biofilms positifs imposé)ETUDES EN CORROSION BIOCORROSION BIOFOULING
Retrait des échantillons 15 jours
après test de biocorrosion accélérée
Sans biocide Avec biocideETUDES EN CORROSION BIOCORROSION BIOFOULING
ÉVALUATION DE LA CORROSION
Mesures gravimétriques Observations – 7 jours après injection
P1
5 mm
5 mm
Injection
IMMERSION
3918S
P1
Acid atmosphere
ATMOSPHERE Salt-spray test
Aging test (temperature, humidity)
1d 7d
after after injection
5h injection 5 mm
after 5 mm
injectionCONCLUSION Pas de modèle prédictif fiable Suivi et diagnostic difficiles Phénomène CIM mal connu ► Trouver les outils permettant de détecter à un stade précoce le phénomène de biocorrosion pour mieux les maîtriser (dommages, coûts, maintenance, etc.).
MERCI
Équipe pluridisciplinaire
CORRODYS
Expertises Veille
Centre de technologies en
Corrosion, Biocorrosion, Biofouling Analyses
Tests
Interface matériaux / biofilms - biosalissures
Conseils Diagnostics
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