Protection cathodique

La protection cathodique repose sur le principe de l’abaissement du potentiel de l’objet à protéger. En abaissant suffisamment le potentiel, la réaction anodique du fer en ions fer est ralentie à un point tel qu’elle en devient pratiquement négligeable. L’objet à protéger (par exemple, une canalisation dans l’eau ou dans le sol) devient alors une cathode. Seule l’oxydoréduction cathodique se produit sur ce tube. Le courant nécessaire est généralement appelé courant de protection. La dénomination « courant de protection » est en réalité incorrecte, car il s’agit du potentiel qui doit être contrôlé régulièrement.

Une protection cathodique est réalisée avec un système galvanique ou un système à courant imposé.

Dans le cas du courant imposé, la protection cathodique est généralement appliquée en combinaison avec un revêtement sur le système à protéger. Dans le cas de l’application d’anodes sacrificielles, l’objet à protéger n’est bien souvent pas revêtu. Songeons par exemple aux constructions offshore et aux cloisons de palplanches. Les navires de mer sont équipés d’anodes sacrificielles ou d’ un système à courant imposé, mais généralement pourvus d’un revêtement aussi.

Protection cathodique avec système galvanique, à l’aide d’une anode sacrificielle.

Anode sacrificielle : anode de zinc neuve.

Anode sacrificielle : anode de zinc usagée.

Les hélices de navire et les conduites de gaz sont protégées en les reliant électriquement à une grosse pièce de métal offrant un potentiel inférieur à celui du métal à protéger, comme le zinc, l’aluminium et le magnésium. Cet élément en métal se corrodera progressivement et protégera de ce fait l’élément relié.

Les exemples les plus connus de protection cathodique à anodes sacrificielles sont :
- les coques de navires, notamment à proximité de l’hélice en raison de la corrosion galvanique par les éléments en bronze (hélice et palier d’hélice) doit être compensée par des anodes communes.
- les cloisons de palplanches dans les murs de quai des ports maritimes.
- les plateformes offshore.

Dans un projet de protection cathodique soigneusement étudié, il n’est pas nécessaire d’appliquer un revêtement (peinture). La mer du Nord compte de nombreuses plateformes qui ne présentent toujours pas de traces de corrosion au bout de vingt ans. Dans un projet de protection cathodique bien conçu, une couche protectrice de carbonate de calcium (calcaire) se dépose naturellement sur la surface en acier.
Il est également possible de protéger de l’acier inoxydable avec des anodes sacrificielles. Cette application connaît une forte croissance parce que la combinaison de l’acier inoxydable et d’anodes sacrificielles peut remplacer le titane beaucoup plus coûteux. A l’heure actuelle, le délai de livraison du titane est extrêmement long et peut facilement prendre jusqu’à trois ans. Entre autres applications de protection cathodique de l’acier inoxydable, citons les échangeurs de chaleur, les canalisations offshore et les pompes. Un projet rigoureusement étudié est indispensable parce qu’une protection excessive ou insuffisante peut s’avérer néfaste pour la construction. Des modèles avancés pour le calcul du courant et du potentiel sont disponibles. Les derniers développements concernent les circuits électroniques alimentés par les anodes sacrificielles, qui peuvent réguler ou faire pulser les anodes. L’anode autonome devient ainsi intelligente et le potentiel du courant est régulé automatiquement par les conditions changeantes telles que la conductibilité spécifique de l’eau (dans les régions côtières) ou le changement de la résistance du système de protection total. L’anode peut également être rendue pulsatoire avec ces circuits, ce qui prévient la formation de bio-salissures.
Un bon projet de protection cathodique prévient la corrosion galvanique. Par exemple, on prévient la corrosion galvanique d’un caisson en acier ou de pompes marines en acier inoxydable en installant sur le duplex des anodes sur des rehausseurs en inox. De cette manière, le caisson en acier ne se corrodera pas, mais bien l’anode sacrificielle sur le rehausseur en acier inoxydable. L’acier inoxydable est simultanément protégé par les anodes.

Protection cathodique avec un système à courant imposé
Un système à courant imposé utilise des anodes inertes qui présentent une très grande longévité. Un système à courant imposé est également appliqué sur les grandes surfaces à protéger (canalisations, murs de quais, parcs à réservoirs de stockage...) où il faudrait sinon un trop grand nombre d’anodes galvaniques (Mg, Zn, Al) pour protéger l’objet (la cathode). Un système à courant imposé peut également corriger automatiquement le courant de protection en fonction de certaines conditions de sol variables (niveau phréatique, courants de fuite...).

Protection contre les courants vagabonds
L’abaissement du potentiel aux endroits sensibles au moyen d’anodes sacrificielles ou de courant imposé permet de lutter contre la corrosion par les courants vagabonds.
Les risques de courant vagabonds sont les plus importants dans le cas des canalisations parallèles à des voies de train ou de tram, par exemple dans des tunnels. En réalisant des connexions transversales suffisamment conductrices entre le rail et la canalisation, la conductibilité parallèle augmente mais la corrosion diminue. Car il y a alors beaucoup moins de points d’entrée et de sortie pour le courant continu.