Brevet FR2719851A1 — publié le 19951117

L'invention se rapporte à un dispositif pour la protection cathodique d'au moins deux structures ou séries de structures métalliques (c'est-à-dire électriquement conductrices) situées à distance l'une de l'autre et disposées au moins en partie en contact avec un électrolyte. Plus précisément, l'invention s'applique tout particulièrement dans le cas où les structures ou séries de structures conductrices à protéger sont des pieux métalliques d'un appontement dont au moins la base baigne dans de l'eau salée ou saumâtre. Parmi les appontements de navire existants aujourd'hui, en particulier en FRANCE, il en existe qui comporte des pieux armés d'acier fichés dans le fond du lit d'un fleuve, à proximité de son embouchure. Ces pieux sont en principe reliés électriquement les uns aux autres par un câble en cuivre d ' équipotentialité. Des vérifications ont toutefois montré que leur équipotentialité était assez imparfaitement assurée, d'autant qu'il ne pouvait en pratique être garanti qu'il n'y ait pas de rupture de la continuité électrique desdits câbles censés relier entre eux les pieux. C'est dans ces conditions que l'invention a pour objet de proposer un dispositif qui assure l'efficacité de la protection contre la corrosion et améliore la sécurité en particulier de telles structures. En relation avec cela, l'une des caractéristiques importantes de l'invention est donc que le dispositif de protection cathodique proposé comprend - des anodes (au moins une) immergées dans l'électrolyte, entre les deux structures ou séries de structures vis-à-vis desquelles les anodes sont maintenues par des moyens de tenue, - un redresseur pour redresser un courant imposé fourni par un générateur de courant alternatif associé, ledit redresseur présentant une borne négative reliée à chacune desdites structures ou séries de structures à protéger, et une borne positive reliée auxdites anodes. On notera dès à présent que la technique de protection contre la corrosion, habituellement connue sous l'appellation "protection cathodique", consiste dans nombre de cas à assurer une circulation imposée de courant électrique continu entre l'ouvrage ou la structure à protéger et une pièce anodique en contact avec le milieu électrolytique. Le principe connu de cette protection est de créer ainsi une circulation de courant entre la structure métallique à protéger et l'électrolyte qui l'entoure, circulation telle que le sens du courant passe de l'électrolyte vers le métal, favorisant ainsi la réaction cathodique au niveau de la structure, en reportant la réaction d'oxydation sur la pièce anodique dont on accepte a priori la dégradation. L'efficacité de cette protection est habituellement mesurée par la valeur de la différence de potentiel entre l'ouvrage et l'électrolyte. En pratique, cette tension est mesurée entre le métal de l'ouvrage et une électrode de référence en contact avec l'électrolyte, étant précisé que dans la pratique il est souhaitable de placer l'électrode de référence près de l'ouvrage. Les publications FR-A-2 671 183 et EP-A-494 012 traitent de ces techniques de mesure. Dans la présente demande, le problème n'est toutefois pas tant d'améliorer la méthode d'estimation de l'efficacité de la protection, que de proposer un dispositif performant et efficace visant à assurer les conditions de protection potentiellement les meilleures. En relation avec cela, une autre caractéristique de l'invention prévoit au demeurant que les moyens de tenue des anodes disposées entre les deux structures ou séries de structures (pieux de l'appontement dans le cas préférentiel déjà évoqué) comprendront un câble tendu entre les deux dites structures ou séries de structures, ce câble portant les anodes alors avantageusement réparties en un chapelet. Selon une autre caractéristique, ce câble porteur sera de préférence isolé électriquement ou lui-même électriquement isolant de manière à ne jouer qu'un rôle mécanique, sans rôle de liaison électrique. Il sera alors doublé sur une partie au moins de sa longueur par un câble électriquement conducteur raccordé aux anodes pour leur connexion électrique avec le redresseur. Dans une forme privilégiée de réalisation, les anodes se présenteront sous une forme sensiblement cylindrique tubulaire avec un passage intérieur à travers lequel pourrait passer le câble porteur. Dans le cas où au moins deux séries de structures multiples seront à protéger, une caractéristique complémentaire de l'invention prévoit qu'une première structure de chaque série sera avantageusement reliée à la borne (-) (moins) du redresseur, les autres structures de chaque série étant reliées électriquement en série à la première. Quant aux anodes, elles pourront être réparties en un ou plusieurs groupes d'anodes, chaque groupe pouvant être relié électriquement par câblage à la borne (+) du redresseur, sans être relié aux autres groupes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront encore de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple et dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique de face d'un dispositif de protection cathodique de deux structures métalliques (en l'espèce des pieux) à protéger, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale, médiane, agrandie de l'une des anodes figurée sous le repère II à la figure 1, et - la figure 3 est une vue à échelle réduite de dessus d'un ouvrage d'appontement pourvu de pieux métalliques de soutien dont certains ont été représentés avec leur dispositif de protection cathodique associé. Sur la figure 1 tout d'abord, on voit représenté deux pieux métalliques (par exemple en acier) 1, 3 pouvant appartenir à l'appontement général 4 de la figure 3. En l'espèce, les deux pieux 1 et 3 soutiennent des planchers d'appontage 5 et 7 et sont fichés dans le sol 8 en étant immergés sur une partie de leur hauteur. Concernant ces pieux, on notera dès à présent qu'il peut s'agir de piliers extérieurement en acier remplis de béton et renforcés par une structure de ferraillage métallique interne. Pour assurer la protection de leurs structures métalliques contre la corrosion, on va en l'espèce soumettre les pieux 1 et 3 à un courant électrique de protection "cathodique" selon un procédé de circulation de courant en soi classique, comme brièvement décrit ci-avant ou dans les publications dont les références ont été données. Globalement, le dispositif de protection retenu conformément à l'invention comprend des anodes 91 92 (dont deux seulement ont été ici représentées) disposées entre les deux structures 1, 3 à protéger et immergées dans un électrolyte 11 dans lequel baigne donc également une portion des pieux (ici de l'eau salée ou saumâtre dont le niveau bas a été repéré 12). Ces anodes sont reliées électriquement à la borne (+) 13 d'un redresseur de courant imposé 15 dont la borne (-) 17 est reliée électriquement à chacun des pieux 1, 3. De façon également classique, le redresseur 15 est associé à un générateur 19 de courant alternatif à redresser, permettant de fournir dans le circuit le courant imposé nécessaire à la protection cathodique. A titre d'illustration, on pourra utiliser un redresseur de protection cathodique à alimentation triphasée 380V et à alimentation en tension de sortie de 30V pour un courant de sortie de 600A, en vue d'alimenter 30 anodes, chacune assurant la protection cathodique de trois à six pieux pouvant avoir un diamètre d'environ 800 mm, une hauteur de l'ordre de 40 m dont 18 m sont en contact avec de l'eau dont la salinité varie en fonction des marées. Sur la figure 1, les anodes sont liées à des moyens de tenue assurant leur maintien entre les deux pieux. Ces moyens de tenue peuvent en particulier, comme ici, comporter un câble 21 tendu entre les deux structures 1, 3 et traversant successivement les anodes. Le câble 21 pourra être un câble électriquement isolé ou électriquement isolant (par exemple en fibres aramides) fixé à ses deux extrémités opposées 21a, 21b à deux pièces d'attache 23, par l'intermédiaire de chainons ou de manilles 25, chacune des pièces 23 pouvant être par exemple soudées à son pieu respectif. Pour la fiabilité de l'ensemble, le câble 21 présente ici la forme sensiblement d'un U avec une partie centrale sensiblement horizontale totalement immergée pouvant être repérée en surface par un ou plusieurs ballon(s) flottant(s) 27, deux poulies ou réas 29 immergé(e)s permettant de renvoyer le câble vers ses deux pièces supérieures de soutien 23, limitant ainsi les efforts. Dans le cas illustré, chaque réa 29 est monté tournant autour d'un axe horizontal porté par un collier métallique électriquement conducteur 31 fixé, par exemple soudé, au pieu considéré. Chaque collier 31 porte en outre, fixée à lui, une borne de connexion 33 pour le raccordement du pieu considéré à la borne négative (-) 17 du redresseur 15. Au moins l'un des colliers (en l'espèce les deux) est également pourvu d'une électrode de référence 35 raccordée par câblage à la borne (-) du redresseur, par exemple par l'intermédiaire d'un coffret (repéré 53 sur la figure 3). Intéressons-nous maintenant également à la figure 2 pour décrire plus précisément une constitution possible d'anode, telle que celle repérée 91. En l'espèce, cette anode est tenue mécaniquement par le câble 21 qui ne joue le rôle que de moyen mécanique de liaison de l'anode, la connexion électrique à la borne (+) 13 du redresseur 15 étant assurée par une liaison électrique supplémentaire par câble 37, 39, étant précisé que l'on aurait toutefois pu ne prévoir qu'un seul câble, la pièce de liaison électrique 41 assurant ici la connexion électrique avec la partie active 43 de 1 'anode. Cette partie 43 consiste en une plaque tubulaire cylindrique d'axe 45 donnant sa forme générale à 1 'anode. I1 peut en particulier s'agir d'une plaque en titane recouverte d'un oxyde de métal précieux, par exemple du titane platiné ou du titane avec un revêtement d'oxydes d'irridium. Intérieurement, à chaque extrémité axiale, le tube 43 renferme un bouchon ou disque de maintien 47 qui peut être réalisé en matière isolante ou titane. L'ouverture intérieure axiale 49 de chaque disque assure le passage du câble 21 avec un léger serrage, tandis qu'un second orifice désaxé 51 permet,à chaque disque 47, le passage des câbles 37, 39 pour leur raccordement à la borne de connexion 41. Sur la figure 3, on retrouve le schéma électrique d'ensemble de la figure 1 avec le générateur de courant alternatif 19 alimentant le redresseur 15 qui fournit le courant électrique imposé vers les anodes de protection. On notera que pour éviter de surcharger la figure, seuls quelques pieux de soutien de l'appontement 5 ont été représentés. Et seul un chapelet d'anodes immergées 91 92 93, 94 a été figuré entre les deux pieux 1 et 3, une seconde ligne possible d'anodes 90 ayant simplement été figurée en traits mixtes, sans d'ailleurs que la connexion électrique des anodes et des pieux raccordés ait été figurée. Sur cette figure 3, on a malgré tout fait figurer les lignes de raccordement électrique de plusieurs pieux entre eux, telles qu'en ce qui concerne la ligne 90, les pieux 101, 102, 103, 104 et 105 à une extrémité et 301, 302,..., 305, à l'extrémité opposée, les pieux d'un groupe étant reliés en série à la suite les uns des autres, le nombre de pieux reliés étant fonction des conditions d'application (on remarquera à ce sujet que tant pour la ligne d'anodes 9 que pour la ligne d'anodes 90, cinq pieux ont été ainsi raccordés en série à chaque bout de ligne). En relation avec la ligne d'anode 9, on remarquera également que des boîtiers de raccordement, respectivement négatif (-) 53 et positif (+) 55 ont été prévus pour le raccordement groupé respectivement des pieux et des câbles de raccordement des anodes, lesquelles anodes ont en l'espèce été raccordées par groupes, à savoir avec une répartition des anodes en deux groupes, les anodes et 92 étant raccordées à l'un des boîtiers 55, tandis que les anodes 93 et 94 sont raccordées à l'autre, sans que les anodes successives 92 et 93 soient électriquement reliées par câble entre elles. Pour vérifier l'efficacité de la protection cathodique devant être assurée par le montage décrit ci avant, on pourra brancher un voltmètre entre deux bornes de raccordement alors prévues sur un boîtier 53, de manière à détecter la différence de potentiel entre les relevés d'une borne 33 et d'une électrode de référence 35 associée. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour la protection cathodique d'au moins deux structures ou séries de structures métalliques (1, 3 ; 101-105 ; 301-305) situées à distance l'une de l'autre et disposées au moins en partie en contact avec un électrolyte (11), tel que de l'eau salée, caractérisé en ce qu'il comprend - des anodes (91 S 94) immergées dans l'électrolyte entre les deux structures ou séries de structures vis-à-vis desquelles les anodes sont maintenues par des moyens de tenue (21), - un redresseur (15) de courant imposé, fourni par un générateur de courant alternatif (19), ledit redresseur présentant une borne négative (17) et une borne positive (13), - la borne négative (17) du redresseur (15) étant reliée à chacune desdites structures ou séries de structures à protéger (1, 3 ; 101,..., 105 ; 301,...., 305), - la borne positive (13) du redresseur étant reliée aux anodes (91 v 94). 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisée en ce que les structures ou séries de structures (1, 3) sont des pieux métalliques d'un appontement (5) dont au moins la base baigne dans l'eau salée. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que dans le cas où il est utilisé pour la protection cathodique d'au moins deux séries de structures (1, 3) comprenant chacune plusieurs structures métalliques, une première structure (1, 3 ; 101, 301) de chaque série est reliée à la borne négative (17) du redresseur, les autres structures de chaque série étant reliées électriquement en série à la première. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (21) de tenue des anodes (91t...94) comprennent un câble tendu entre les deux structures ou séries de structures (1, 3) et portant les anodes réparties en un chapelet. 5 - Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le câble porteur (21) est isolé électriquement ou est électriquement isolant et est doublé sur une partie au moins de sa longueur, par au moins un câble (37, 39) électriquement conducteur raccordé aux anodes (91'---94) pour leur connexion électrique avec le redresseur (15). 6 - Dispositif selon la revendication 2 et les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le câble (21) porteur des anodes passe par deux réas (29) fixés chacun à un dit pieu (1, 3) par un collier (31) électriquement conducteur auquel est fixée une borne (33) de connexion du pieu au redresseur (15). 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les anodes présentent une forme sensiblement cylindrique tubulaire avec au moins un passage intérieur (49) à travers lequel passe ledit câble porteur (21). 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'au moins deux anodes ou groupes d'anodes (91 92 t 93 94) sont disposé(e)s entre les deux structures ou séries de structure, chaque anode ou groupe d'anodes étant relié(e) électriquement par câblage à la borne positive du redresseur (15), sans être relié l'autre anode ou groupes d'anodes.