La dynamique fondamentale de la corrosion galvanique en milieu nautique
La corrosion galvanique représente un défi constant pour la durabilité des structures immergées des navires. Ce phénomène est causé par un courant électrique qui pénètre dans un bateau par le fil de terre de l’alimentation à quai et qui retourne au quai en passant par l’eau. Ces courants peuvent provoquer une corrosion des métaux sous-marins du bateau, tels que la coque, l’hélice, l’arbre, etc. Ce courant est appelé courant galvanique. Le courant galvanique est un courant continu. Il est causé par la différence de tension naturelle entre les métaux. Un courant galvanique ne peut exister que s’il existe un circuit électrique fermé.
Un conducteur appartenant à un autre circuit électrique peut faire partie du circuit de corrosion galvanique. Si un bateau avec une coque en métal se trouve près de la côte, une différence de tension naturelle de 0,1 à 1 VCC existe entre la coque et l’eau. Cette différence de potentiel n’a pas de conséquence tant que le circuit électrique n’est pas fermé. Mais, dès que l’alimentation à quai est connectée au bateau, la terre du quai est automatiquement connectée à la coque du bateau et le circuit électrique est complet. Le circuit suivant est alors complet : coque - eau - quai - piquet de terre - fil de terre - coque. Un courant galvanique traversera ce circuit. Le courant galvanique traverse en partie le circuit alternatif mais n’est pas lié à ce circuit. Le courant continuera de circuler jusqu’à ce que la différence de potentiel soit éliminée. La hauteur du courant dépend de la résistance du circuit électrique. La résistance est déterminée par des facteurs tels que la longueur du câble d’alimentation à quai et la résistance de dispersion de la prise de terre locale.
Du point de vue chimique, le métal le plus « faible » du circuit galvanique sera le plus prompt à soumettre ses molécules pour laisser le courant circuler. Si la coque du navire fait partie du circuit galvanique et que la coque contient le métal le plus faible, la coque commencera à se corroder au fil du temps. Cette situation peut devenir désagréable, coûteuse et dangereuse si elle n’est pas maîtrisée à temps. Il existe des cas connus de navires qui ont coulé à cause de la corrosion galvanique. Les coques en aluminium sont notoirement sensibles à ce type de corrosion. Une corrosion galvanique peut également exister entre les différents éléments métalliques liés à un bateau, comme l’hélice, le moteur, la coque, etc. Toutes ces pièces sont connectées à la terre et donc de petits courants supplémentaires circuleront entre ces pièces. C’est la raison pour laquelle on installe des anodes sacrificielles. Une anode sacrificielle est un élément en métal plus faible que le métal qui l’entoure. Cet élément est donc sacrifié pour protéger les autres métaux. Il ne peut empêcher la corrosion qu’en la retardant. Le type d’anodes sacrificielles à utiliser dépend du type de métal à protéger et du type d’eau dans laquelle se trouve le bateau. Il est recommandé de contrôler régulièrement ces anodes.
Distinction entre phénomènes de corrosion : galvanique et électrolytique
La corrosion galvanique attaque les métaux immergés même lorsque le bateau est à quai. L'eau de mer est un électrolyte naturel - elle conduit le courant électrique de façon excellente. Lorsque deux métaux différents y sont immergés et reliés entre eux (même indirectement, par la coque ou l'installation électrique du bord), une pile galvanique se crée involontairement. Le métal le moins noble se corrode en cédant des électrons au plus noble. Le résultat visible, vous le connaissez : l'hélice qui s'amincit, l'axe de safran corrodé, les anodes consommées trop vite, les raccords en bronze qui perdent leur zinc jusqu'à devenir poreux. Comprendre comment fonctionne la corrosion galvanique - et comment s'en protéger - est l'une des compétences de base de l'entretien nautique. Chaque métal possède son propre potentiel électrochimique. Lorsque deux métaux de potentiels différents se trouvent en contact en présence d'un électrolyte (eau salée, eau de port, même de l'humidité de condensation), un courant galvanique circule entre eux. Le métal au potentiel le plus bas - le moins noble - s'oxyde et se consume. Plus deux métaux sont éloignés dans la série, plus le couple galvanique qu'ils forment est agressif. Une anode en zinc en contact avec une bague en bronze : couple acceptable, conçu exprès. Un boulon en acier ordinaire fixant un composant en acier inoxydable : problématique à terme.
Il est essentiel de distinguer la corrosion galvanique de la corrosion électrolytique. Ce sont deux phénomènes différents, souvent confondus. La corrosion galvanique est provoquée par la différence de potentiel entre deux métaux dissemblables en contact dans un électrolyte. C'est un phénomène passif : il ne nécessite pas de courant externe, il se génère de lui-même. À l'inverse, la corrosion électrolytique (ou par courants vagabonds) est provoquée par un courant électrique circulant dans l'eau en provenance de sources extérieures : fuites de l'installation électrique du bord, courants de quai, interférences de bateaux voisins connectés au même réseau électrique du port. Comment les distinguer en pratique : la corrosion galvanique est lente et progressive, affecte spécifiquement les métaux les moins nobles du système et se gère avec des anodes et une isolation. Le principe est simple : on introduit délibérément dans le système un métal encore plus actif - zinc, aluminium ou magnésium - placé en contact électrique avec les métaux à protéger. L'anode sacrificielle devient le pôle négatif de la pile et se corrode à la place de l'hélice, des axes, de la coque et des passages de coque.
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Stratégies de prévention et protection active
La méthode de prévention est assez simple. Pour éviter la corrosion, le circuit électrique doit être rompu. Bien que cela soit presque impossible à réaliser avec les petits circuits entre les différents métaux attachés au bateau, c’est tout à fait possible avec la connexion d’alimentation à quai. Le moyen le plus simple de rompre ce circuit est de ne pas relier la prise de terre du quai à la coque. Cependant, cette pratique n’est pas sûre ni recommandée, car la coque n’est pas suffisamment mise à la terre et le bon fonctionnement du DDR ne peut plus être garanti, ce qui peut entraîner des situations dangereuses à bord. Il existe des moyens sûrs de prévenir la corrosion galvanique sans compromettre la sécurité. Pour y parvenir, il faut utiliser un isolateur galvanique ou un transformateur d’isolement.
L'isolateur galvanique empêche la corrosion galvanique. Il bloque les courants continus à basse tension qui pénètrent dans votre bateau via le fil de terre de l’alimentation à quai. Ces courants peuvent provoquer une corrosion des métaux sous-marins du bateau, tels que la coque, l’hélice, l’arbre, etc. L’isolateur galvanique se compose de deux diodes connectées en antiparallèle. L’isolateur galvanique est connecté entre la connexion à la terre et le point de terre central du bateau. Les diodes dans cette configuration ne conduisent l’électricité dans les deux directions que lorsqu’un certain seuil de tension est atteint. Ce seuil de tension est d’environ 1,4 VCC. Le seuil de tension est supérieur à la différence de potentiel galvanique entre les différents métaux. De cette façon, aucun courant galvanique ne peut circuler. D’autre part, une tension de défaut à la terre plus élevée dans le circuit alternatif sera autorisée, permettant ainsi à un DDR connecté de fonctionner pleinement. L’avantage de l’isolateur galvanique est son faible poids et sa petite taille. L’inconvénient est que cet appareil nécessite un bon conducteur de terre. Il faut savoir également que la corrosion galvanique peut aussi survenir par le conducteur neutre, dans les cas où le conducteur neutre a été connecté à la terre par l’intermédiaire de l’un des appareils électriques à bord, comme un filtre antiparasites ou d’autres appareils.
L'utilisation d’un transformateur d’isolement est une meilleure solution pour arrêter la corrosion galvanique. Dans un transformateur d’isolement, l’électricité entrante est transformée en électromagnétisme, puis retransformée en électricité. L’entrée et la sortie sont complètement isolées et rompent le circuit électrique entre le point étoile - le conducteur de terre - la coque - l’eau - le point étoile, bloquant ainsi efficacement un courant galvanique. Une autre caractéristique du transformateur d’isolement est qu’il s’agit d’une source d’électricité alimentée par une autre source d’électricité. Du côté de la sortie du transformateur, une des phases sortantes est reliée à la coque, créant ainsi une phase, un neutre et une terre, ce qui garantit le bon fonctionnement d’un DDR. Un transformateur d’isolement garantira un niveau de sécurité identique ou même supérieur à celui d’une installation domestique. L’installation est aussi complètement isolées des problèmes électriques des bateaux se trouvant à proximité. Un avantage supplémentaire est qu’un transformateur d’isolement est souvent capable d’augmenter ou de diminuer la tension entrante depuis l’alimentation à quai.
Pour ceux qui souhaitent une protection encore plus complète - typiquement sur les bateaux en acier ou en aluminium, ou sur les embarcations de valeur évoluant dans des eaux particulièrement agressives - il existe la protection cathodique par courant imposé (ICCP) : un système actif qui génère un courant contrôlé pour maintenir constant le potentiel cathodique de la coque. Lorsque le bateau est amarré avec le câble d'alimentation à quai connecté, l'installation électrique du bord est en continuité avec le réseau électrique du port. La solution est l'isolateur galvanique : un dispositif installé sur le conducteur de terre du câble d'alimentation à quai qui bloque les courants galvaniques basse fréquence tout en laissant passer le courant de sécurité en cas de défaut. C'est un composant petit, relativement peu coûteux, qui s'installe une fois et travaille silencieusement.
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