Brevet FR2678957A1 — publié le 19930115

La présente invention se rapporte à un procédé de surveillance de la protection cathodique d'une structure métallique et à un dispositif permettant la mise en oeuvre de ce procédé, la structure métallique étant, par exemple, une plate-forme pétrolière en mer. Le milieu marin dans lequel sont installées les plate-formes pétrolières est corrosif et une protection cathodique est toujours nécessaire. De manière connue des anodes sacrificielles sont installées sur la structure métallique d'une plate-forme. Afin d'assurer une protection complète de la structure métallique, pour une durée de vie classique d'environ vingt ans, chaque plate-forme est munie d'une quantité importante d'anodes formant entre 5 et 10 % du poids de la structure. Toutefois, avec un tel système de protection on ne peut pas juger si la protection cathodique est surdimensionnée. Ceci présente des inconvénients lors du dimensionnement d'une nouvelle plate-forme, car chaque installation de protection cathodique est dimensionné en fonction des cas précédents connus où le même type de plateforme a été installé dans les mêmes conditions maritimes. Afin de pouvoir détecter un surdimensionnement et de pouvoir le réduire à un minimum, et ainsi de pouvoir réduire le poids des anodes et par conséquent le coût associé, la présente invention a pour objet un procédé de surveillance de la protection cathodique d'une structure métallique. Pour ce faire, l'invention propose un procédé de surveillance de la protection cathodique d'une structure métallique comportant les étapes suivantes - installation d'au moins trois plaques métalliques sur la structure métallique, chaque plaque étant électriquement isolée par rapport aux autres plaques - fourniture d'une protection cathodique à la structure métallique - fourniture respectivement à chacune des plaques métalliques d'une fraction prédéterminée de la protection cathodique fournie à la structure métallique ; et - contrôle du degré de corrosion de chaque plaque métallique. Les données fournies par le procédé selon l'invention permettent de savoir si l'installation de protection cathodique a été surdimensionnée, ceci en vue d'optimiser l'installation conçue pour une plate-forme construite par la suite. La présente invention a également pour objet un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé. Pour ce faire, l'invention propose un dispositif de surveillance de la protection cathodique d'une structure métallique comprenant un ensemble de protection cathodique relié à la structure métallique, aux moins trois plaques métalliques montées sur la structure métallique, chaque plaque étant électriquement isolée par rapport aux autres plaques, au moins deux plaques étant reliées électriquement à la structure métallique par l'intermédiaire d'un shunt associé afin que chaque plaque reçoive une fraction prédéterminée de la protection cathodique fournie à la structure métallique. La présente invention présente, ainsi, l'avantage de détecter si un ensemble de protection cathodique est sousdimensionné ou surdimensionnée, et ceci dans quelle proportion. Dans le cas d'un sous-dimensionnement de l'ensemble, la présente invention permet, également, d'augmenter le degré de protection cathodique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée, de manière illustrative mais nullement limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de surveillance de protection cathodique selon l'invention - la figure 2 est une vue schématique d'un ensemble de protection cathodique comprenant le dispositif selon l'invention. - la figure 3 est une autre vue schématique du dispositif de surveillance de protection cathodique selon la figure 1 Sur la figure 1 est représenté un élément tubulaire 10 en acier qui constitue une partie de la structure métallique d'une plate-forme pétrolière, par exemple du type fixe ou semi-submersible. L'élément tubulaire 10 est revêtu sur sa surface extérieure d'une couche protectrice 12, par exemple une couche de peinture. Le dispositif de surveillance de protection cathodique représenté généralement en 14 comprend quatre plaques 16 en acier non revêtues de forme sensiblement identique qui sont disposées autour de l'élément tubulaire 10. Chaque plaque 16 comporte une partie 18 ayant la forme d'un segment tubulaire muni à chacune de deux extrémités opposées d'une bride de montage 20. Les brides de montage 20 adjacentes sont séparées par une couche de matériau élastomère 22, par exemple du Néoprène, qui s'étend sur au moins la surface de la bride 20. Les brides de montage 20 adjacentes sont reliées ensemble par des boulons isolants 24 (dont un seul est représenté), formés, par exemple, en matière plastique. Les quatre plaques 16 sont ainsi reliées mécaniquement ensemble mais sont isolées électriquement les unes par rapport aux autres. Le dispositif 14 formé des quatre plaques 16 est monté sur l'élément tubulaire 10. Trois des quatre plaques sont isolées électriquement de ce dernier par une couche annulaire en matériau élastomère 26. La quatrième plaque 16' est fixée sur l'élément tubulaire par une soudure 27 et sert à maintenir les trois autres plaques 16. Sur chaque plaque 16 est montée une électrode de référence en zinc 28 qui sert à mesurer son potentiel. L'électrode de référence 28 est reliée à un câble de commande 30. Les surfaces des brides 20 sont recouvertes d'une couche de peinture afin que seule la surface des plaques 16 soit exposée au milieu ambiant. Comme représenté sur la figure 2, le dispositif 14 est monté sur l'élément tubulaire 10 en un point disposé de manière équidistante entre deux anodes sacrificielles 38, 40, isolées de l'élément tubulaire 10 et reliées à celui-ci par des shunts de résistances connues, et qui constituent une partie de l'ensemble de protection. Chaque anode sacrificielle 38, 40 est munie d'une anode à courant imposé 39 et 41 ainsi que d'une électrode de référence associée 43, 45. Deux électrodes de référence en zinc supplémentaires 42 et 44 sont également disposées sur la structure métallique. Des trois plaques 16, une est complètement isolée de l'élément tubulaire 10. Une deuxième plaque 16'' (voir la figure 3) est reliée à l'élément tubulaire 10 par un shunt 32 dont la résistance électrique est égale par exemple à l/lOème de la résistance de la cathode, le courant cathodique reçu par cette plaque étant alors égal à environ 90 % de la densité de courant appliquée à l'élément tubulaire 10. La troisième plaque 16"' est reliée à l'élément tubulaire 10 par un shunt 34 dont la résistance électrique est par exemple égale à 3/7ème de la résistance de la cathode et reçoit alors un courant cathodique égal à environ 70 % de la densité de courant appliquée à l'élément tubulaire 10. Les shunts 32 et 34, disposés à l'intérieur d'un boîtier 47 qui est monté sur la quatrième plaque 16', sont reliés aux plaques associées par des câbles isolés 49 disposés entre les plaques 16 et l'élément tubulaire 10 (voir figure 1). Le dispositif 14 est également relié aux électrodes de référence 42 et 44 par des câbles isolés 50 et 52 respectivement et aux anodes sacrificielles 38 et 40 par des câbles isolés 54 et 56 respectivement. Les câbles 54 et 56 sont munis chacun de deux électrodes de référence zinc 58, dont une seule est représentée sur la figure 1. Un appareil de mesure 34 installé, par exemple, sur la plate-forme pétrolière est relié par un câble multiconducteurs 36 au dispositif 14. L'appareil 34 comporte une source de courant et plusieurs voltmètres numériques, à impédances élevées, et dont les sensibilités sont adaptées aux mesures. Dans le cas où le diamètre de l'élément tubulaire est de l'ordre de lm35, chaque plaque 16 a une longueur d'environ 1 m, ceci de façon à obtenir pour chaque plaque 16 une surface unitaire comprise entre 0,95 m2 et 1,05 m2. Le dispositif ainsi décrit permet de contrôler le fonctionnement de la protection cathodique de l'élément tubulaire 10. Ce contrôle est réalisé en surface avec l'appareil de mesure 34 sans avoir recours à des interventions de plongeurs sous-marins. Des mesures de potentiel sont effectuées avec les électrodes de référence en zinc 28, 43, 45 et 58 et des mesures de courant débité par les anodes sont effectuées sur les shunts qui sont disposés, chacun, de manière à former une bi-passe pour l'un des deux joints isolants sur lesquels est montée chaque anode. Les mesures de courant sont réalisées en utilisant la méthode appelée "par opposition". L'intégration de toutes les mesures de courant en fonction du temps écoulé permet de connaître la consommation des anodes sacrificielles. Le dispositif 14 permet également de surveiller le niveau de corrosion de chacune des plaques 16. Comme chaque plaque 16 reçoit un degré de protection cathodique prédéterminé par rapport à la structure métallique avoisinante, le dispositif permet de déterminer, après un temps d'utilisation donné, si la protection cathodique fournie à la structure métallique a été surestimée et, dans ce cas, à quel degré. Comme les deux plaques 16" et 16"' reçoivent respectivement 90 % et 70 % de la densité de courant appliqué à l'élément tubulaire 10, on peut facilement déterminer à quel point la protection cathodique utilisée a été surdimensionnée. L'analyse des résultats des potentiels des plaques 16 et du courant mesuré aux bornes des shunts permet de déterminer avec précision le degré de sur-protection. Dans le cas où les deux plaques 16" et 16"' restent protégées, malgré leur degré de protection réduit associé, la troisième plaque 16, isolée des autres et de l'élément tubulaire 10, est utilisée. Un circuit électrique est formé entre la plaque 16 et les deux anodes à courant imposé 39 et 41. Ce circuit permet de tracer des courbes de polarisation et de déterminer ainsi le pourcentage de réduction de la densité de courant de protection à envisager. La troisième plaque 16" peut aussi servir à quantifier - le temps de dépolarisation de la structure, - le temps de polarisation de la structure, - l'influence d'un brossage mécanique, - la simulation de la protection cathodique d'une surface rouillée. Dans le cas où l'ensemble s'avère sous-protégé, la présente invention permet, également, de pallier le problème. Les deux anodes à courant imposé 39 et 41 situées sous chacune des anodes sacrificielles servent à augmenter localement la densité du courant que reçoit l'ensemble. Si cette sous-protection est importante, la plaque 16, isolée de l'élément tubulaire 10 est utilisée en créant un circuit électrique entre cette plaque 16 et les deux anodes à courant imposé 39 et 41. Des mesures à potentiel constant ou intensité constante permettent de tracer les courbes de polarisation de l'acier "in situ". Comme la surface de la plaque est connue, on peut déterminer quelle est la densité de courant optimale pour assurer la protection cathodique de cette structure. Ainsi, la présente invention permet de mieux calculer la protection cathodique nécessaire pour un type de structure métallique dans des conditions données. REVENDICATIONS 1 - Procédé de surveillance de la protection cathodique d'une structure métallique comportant les étapes suivantes - installation d'au moins trois plaques métalliques sur la structure métallique, chaque plaque étant électriquement isolée par rapport aux autres plaques ; - fourniture respectivement à chacune des plaques métalliques d'une fraction prédéterminée de la protection cathodique fournie à la structure métallique ; et - contrôle du degré de corrosion de chaque plaque métallique. 2 - Dispositif de surveillance de la protection cathodique d'une structure métallique (10) comprenant un ensemble de protection cathodique relié à la structure métallique, au moins trois plaques (16) métalliques montées sur la structure métallique (10), chaque plaque (16) étant électriquement isolée par rapport aux autres plaques, au moins deux plaques (16' ; 16") étant reliées électriquement à la structure métallique (10) par l'intermédiaire d'un shunt associé (32 ; 34) afin que chaque plaque (16' ; 16") reçoive une fraction prédéterminée de la protection cathodique fournie à la structure métallique.