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Microbieel geïnduceerde corrosie

LA CORROSION MICROBIENNE A DES CONSEQUENCES RAVAGEUSES

Microbiological Influenced Corrosion

Quand on parle de corrosion, on pense habituellement à un terme général regroupant notamment la corrosion par piqûres et caverneuse, ainsi que la corrosion galvanique et liée aux contraintes. La corrosion biologique (Microbiological Influenced Corrosion ou MIC) est généralement négligée, alors que les conséquences de cette forme de corrosion microbienne peuvent prendre des proportions énormes. Pour lutter contre cette corrosion et éventuellement l'éviter, il faut toutefois quelques connaissances de base du processus d'attaque microbien.

QU'EST-CE QUE LA MIC?

Lorsque nous parlons de corrosion, nous pensons à la corrosion classique comme la corrosion par piqûres (pitting), caverneuse ou liée aux contraintes. Mais des études révèlent que la corrosion microbiologique peut aussi s'avérer dévastatrice. Cette forme de corrosion est généralement causée par des bactéries sulfato-réductrices (SRB ou Sulphate Reducing Bacterias) proliférant dans des conditions aérobies (riches en oxygène) comme anaérobies (pauvres en oxygène ou sans oxygène). Dans ce dernier cas, les bactéries créent un biofilm corrosif sur la surface métallique, pouvant causer de gros dégâts de corrosion. Les experts semblent pouvoir imputer la progression de cette forme de corrosion à la propagation à cause de la mondialisation d'une part et du réchauffement planétaire d'autre part (les bactéries sulfato-réductrices sont ainsi parvenues à migrer de zones volcaniques à plus ou moins partout).

MECANISMES DE CORROSION

La corrosion microbienne est imputée à trois mécanismes: l'attaque par des produits de sécrétion (1), la formation de rouille par dépolarisation cathodique (2) et la formation de cellules électrochimiques (3).

1. Corrosion par des produits de sécrétion

Certaines bactéries chimioautotrophes (outre les bactéries sulfato-réductices, aussi les bactéries productrices d'acide, formatrices de mucosité et membrane, et liées au fer ainsi que les heterotrophics) sont en mesure en mourant d'oxyder des matières inorganiques comme les éléments et les composés de soufre en matières agressives, comme le sulfure, l'acide sulfurique, l'acide chlorhydrique ou des acides organiques (chimiosynthèse). Ces acides peuvent ronger le matériau de base et générer ainsi de la corrosion. L'acide sulfurique et l'acide chlorhydrique sont p.ex. des acides fortement réducteurs auxquels l'acier et l'inox ne résistent pas. Des perforations peuvent ainsi apparaître en quelques mois, même en cas d'épaisseurs de paroi de quelques millimètres, pouvant entraver le bon fonctionnement d'un produit. Les produits de sécrétion peuvent ronger les métaux comme le béton.

2. Corrosion par dépolarisation cathodique

Dans le cas de dépolarisation cathodique, les produits de réaction des bactéries sulfato-réductrices (comme le desulfovibrio) utilisent l'hydrogène apparaissant au niveau de la cathode (processus électrolytique) comme nutriment pour continuer de croître. La cellule galvanique est, de ce fait, encore activée et il faut donc aussi plus d'hydrogène. Cela renforce la réaction partielle anodique (la décomposition de métaux en fer et manganèse). Un biofilm aérobie se forme autrement dit sur la surface du matériau, sous lequel des bactéries anaérobies attaquent la surface. La dépolarisation cathodique se traduit par la formation d'une couche noire (sulfure de fer) à la surface, avec au-dessus la couleur rouille courante.

3. Corrosion par cellules électrochimiques

Un dernier mécanisme de corrosion: des bactéries laissent un biofilm sur la surface. En dessous et à côté de cette couche, il peut y avoir des différences énormes de degré d'aération comme de concentrations de sel et d'acide. C'est vraiment le cocktail idéal pour l'apparition de cellules électrochimiques initiant la corrosion.

Et encore ...

Des influences indirectes déterminent aussi encore la part des bactéries sur la corrosion. Le revêtement d'un matériau de base peut ainsi également se dégrader sous l'influence de certaines bactéries, tandis que des inhibiteurs d'oxydation et de corrosion (des inhibiteurs enzymatiques comme les silicates, phosphates et phosphonates, qu'on retrouve dans certains nettoyants, mais aussi dans des huiles de coupe ou d'affûtage) peuvent aussi exercer leur influence.

Microbieel geïnduceerde corrosiePROCESSUS DE CORROSION

Le processus de corrosion du métal débute dans la couche anaérobie du biofilm et se traduit par la formation de tubercules (calottes de rouille en forme de petits choux-fleurs) à la surface. A l'intérieur de ces calottes de rouille, de l'acide sulfurique apparaît, qui ronge le matériau à l'endroit le plus faible, tandis que la zone tout autour est attaquée. A côté d'une perforation, on voit donc souvent une zone plus claire. La 'tuberculation' survient dans les conduites en acier et en fonte en cas de présence d'oxygène. L'eau douce à forte alcalinité de bicarbonate stimule la formation de tubercules, tout comme les fortes concentrations de sulfate, chlorure et autres anions agressifs.

FACTEURS INFLUENÇANT LA MIC

La cinétique du processus corrosif est déterminée par l'interaction physico-chimique à la surface, à savoir par la concentration d'oxygène, les sels présents, la valeur pH, le potentiel d'oxydo-réduction et la conductibilité. Chacun de ces paramètres peut influencer la croissance de micro-organismes au bord.

Eau stagnante

Les produits sont les plus sensibles à la MIC quand il y a de l'eau stagnante (par exemple, systèmes à eaux usées caractérisés par une forte teneur en sulfate), une condition très favorable pour le dépôt de biofilms corrosifs, qui ont, en outre, ainsi suffisamment de temps pour se développer de manière optimale. On connaît des cas de conduites d'extinction d'incendie en inox AISI316L, remplies d'eau non traitée stagnante, fuyant dans l'année. Le problème ne se voit, de plus, pas, jusqu'au moment où les bactéries ont aussi perforé réellement la paroi extérieure. Les filtres à lit de sable, les cuves de stockage et les systèmes de sprinklers sont aussi des victimes courantes, même si les réservoirs à kérosène des avions ne sont, par exemple, pas exempts de problèmes non plus.

Température

La température joue aussi un rôle: plus elle est élevée, plus la prolifération de micro-organismes est rapide. Il n'est donc pas étonnant que p.ex. les unités de refroidissement, les échangeurs thermiques et les installations à eau de traitement soient confrontés à la MIC, tout comme les chambres de pompe ou les conduites d'extinction d'incendie dans des tunnels routiers (où la température est déjà plus élevée). Les bactéries résistent, en outre, de mieux en mieux aux températures plus élevées. Alors qu'il y a quelques années, les bactéries ne pouvaient pas survivre à une température d'env. 62 °C, elles peuvent supporter aujourd'hui une température env. 25°C plus élevée.

MATERIAUX

MIC
Le processus de corrosion, initié par une différence de concentration d'oxygène, se traduit visuellement par la formation de calottes de rouille (ayant ici entre-temps disparu), où se trouve de l'acide sulfurique. Cet acide sulfurique ronge le matériau à l'endroit le plus faible, tandis que la zone autour est attaquée

Les métaux et alliages se montrant sensibles à l'influence de ces micro-organismes nocifs sont non seulement l'acier au carbone, mais aussi l'inox, quoique uniquement en cas de très fortes teneurs en sulfate. Dans le cas de l'inox, de faibles valeurs ne peuvent, en effet, pas donner lieu à une teneur en soufre tellement élevée que de la corrosion en résulterait.

CONSEQUENCES

Moins bon transfert thermique

Outre la corrosion du métal, le biofilm bactérien peut influencer un transfert thermique éventuel (p.ex. dans le cas d'échangeurs thermiques) négativement.

Obstruction de conduites

Le risque que les tubercules en choux-fleurs obstruent à terme des systèmes entiers, est bien réel aussi. Dans le cas de systèmes de sprinklers, par exemple, la sécurité contre les incendies d'un bâtiment se retrouve compromise quand le besoin se fait le plus sentir. Vous connaissez maintenant les coupables ...

Problèmes de santé

Au départ, les fuites dans les conduites causées par la MIC sont extrêmement petites, donnant lieu à une brume d'aérosols. Les innombrables bactéries pouvant ainsi se propager dans une pièce pourraient bien expliquer pourquoi les gens tombent parfois mystérieusement malades dans une certaine pièce.

Dégâts au niveau du patrimoine

Si les perforations des installations sont encore plus grosses, les fuites peuvent avoir de graves conséquences, p.ex. au niveau du revêtement de sol. Ou imaginez un peu qu'une fuite dans un musée endommage irrémédiablement des œuvres d'art ou des artefacts ...

RVS PompvoetLE DANGER DE LA MIC DANS LA PRATIQUE
Ce pied de pompe à eau potable, fabriqué en inox 304 (18% de chrome, 8% de nickel et max. 0,08% de carbone), était déjà sérieusement corrodé après une grosse année. La cause de cette forme de corrosion microbienne nous ramène à la division 'production' du fabricant de la pièce. L'eau dans un réservoir de test, qu'on utilisait pour presser, s'est ainsi avérée infectée par des bactéries sul­fato-réductrices. Le peu d'eau restant dans la pompe après le pressage permettait aux bactéries de déposer un biofilm agressif, qui s'est traduit après un certain temps par d'innombrables tubercules remplissant de plus en plus l'espace de la pompe. Très rapidement, l'acide sulfurique produit s'est attaqué à la structure de base. Le pied de la pompe s'est, de ce fait, mis à fuir. Finalement, des traces brunes rouillées se sont également installées à l'extérieur de la pompe, révélant clairement la présence d'une fuite.

PREVENIR & GUERIR

Le préjudice économique subi entre-temps imputable à la MIC pourtant toujours relativement méconnue ne serait tout de même pas négligeable. On se demande dès lors de plus en plus comment s'armer contre cette menace. Et heureusement, il est, comme pour les autres mécanismes de corrosion, possible d'éviter ou éventuellement de combattre cette forme de corrosion.

Déterminer de quelles bactéries il s'agit

Afin de savoir quelles mesures s'imposent, cela peut valoir la peine de déterminer de quelles bactéries il s'agit réellement. Le test BART (Biological Activity Reaction Test) est surtout d'application pour les laboratoires et les entreprises se spécialisant dans la lutte contre la corrosion dans le secteur pétrolier et gazier. La pratique nous apprend toutefois que, dans la plupart des cas, la corrosion microbienne est imputable aux bactéries sulfato-réductrices (SRB), et donc pas à l'un des autres groupes principaux (APB, SLYM, HAB ou IRB).

Apport en biocides

desulfovibrio vulgaris
Desulfovibrio Vulgaris

L'apport régulier en biocides comme l'hypochlorite de sodium peut aider à tuer les bactéries nocives et à éviter ainsi le dépôt éventuel d'un biofilm bactérien, même si son apparition ou non n'est pas une science exacte. Ces biocides ne peuvent, en outre, pas être utilisés partout. L'hypochlorite de sodium même est, en effet, en soi aussi très corrosif pour l'inox, vu qu'il s'agit d'un composé de chlore instable. Les résultats en laboratoire de ce biocide ont, en outre, été obtenus avec de la lumière UV et de l'ozone. Un technologue devra autrement dit décider au cas par cas quelle est la bonne approche.

Choix de matériau alternatif

Lors du remplacement, cela vaut la peine d'opter pour un matériau alternatif comme de l'inox 6% Mo (254 SMO) ou du titane grade 2.

Protection cathodique

Une protection cathodique spéciale peut également s'avérer efficace. Ici, on fait fluctuer l'amenée de courant. L'acidité augmente et diminue donc aussi. Cela ralentit le développement du film aérobie par les micro-organismes. De ce fait, leurs équivalents anaérobies n'ont pas d'abri pour attaquer le matériau de base.

LA MIC DANS LES SYSTÈMES DE SPRINKLERS
sprinklerDe plus en plus de gens prennent conscience du danger de la MIC. En témoigne la reconnaissance de quelques instances américaines, comme la National Fire Protection Association, la National Association of Corrosion Engineers, ainsi que celle de Factory Mutual, un des plus gros assureurs au monde contre les dégâts causés par le feu. Dans nos contrées aussi, on semble peu à peu décidé à prendre des mesures radicales contre cette forme de corrosion. Les instances ont toutes dû constater après des études que la MIC constituait l'une des principales menaces pour le bon fonctionnement des systèmes de lutte contre l'incendie, comme les systèmes de sprinklers.

Différence entre systèmes secs et mouillés
Parmi les systèmes de prévention contre l'incendie, on distingue les systèmes secs et mouillés. Une certaine attention doit tout de même aussi être accordée aux premiers. Dans la pratique, les systèmes ne sont, en effet, pas si secs. Des contrôles pratiques sont effectués de temps en temps pour tester leur efficacité. Après ces tests, il reste hélas à chaque fois juste assez d'humidité dans les conduites pour initier la MIC.

L'étude
Lors de l'étude, il s'est avéré que non moins de 73% des installations examinées de plus de quinze ans ne correspondaient plus à leurs paramètres de conception initiaux. Les principaux coupables sont les perforations et l'obstruction de conduites, deux problèmes imputables à la MIC. Les systèmes de sprinklers sont, en effet, généralement remplis d'eau provenant de réservoirs ou de citernes. Dans les deux cas, il s'agit d'eau stagnant longtemps. Les bactéries aérobies peuvent donc proliférer de manière optimale. La corrosion apparaissant dans les conduites est noire et génère, à cause de la formation de sulfure d'hydrogène, l'odeur typique d'œuf pourri. Les produits de dépôt entraînent l'obstruction des sprinklers et le bon fonctionnement ne peut plus être garanti.