Brevet FR3042865A1 — publié le 20170428

Titre de l'invention Dispositif pour la mesure du potentiel électrochimique à courant coupé d'une structure contenant du métal soumise à une protection cathodique par anodes sacrificielles Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général de la protection cathodique contre la corrosion d'une structure contenant du métal, telle qu'une structure en acier ou en béton armé, qui est au moins en partie en partie au contact d'un électrolyte, notamment qui est en partie enterrée ou immergée dans l'électrolyte. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif pour la mesure du potentiel électrochimique à courant coupé d'une telle structure afin d'évaluer l'efficacité de la protection cathodique qu'on lui applique. Un domaine privilégié mais non limitatif d'application de l'invention est celui de la protection cathodique contre la corrosion d'un ouvrage ou d'une structure « onshore », « offshore » ou portuaire. La protection cathodique est une mesure de « protection active » couramment utilisée pour contrôler la corrosion affectant une structure contenant du métal, telle qu'une structure en acier ou en béton armé. Il s'agit d'un système connu de prévention (ou de protection) électrochimique basé sur la diminution du potentiel de corrosion de la structure jusqu'à un niveau où la vitesse de corrosion du métal est réduite de manière significative. Cette protection cathodique est obtenue par application d'un courant cathodique suffisant à la surface métallique de la structure à protéger pour diminuer son potentiel électrochimique à un niveau correspondant à une vitesse de corrosion résiduelle suffisamment faible pour l'application concernée. En pratique, on fait circuler un courant électrique continu entre une ou des anodes et la structure à protéger qui constitue la cathode d'une cellule électrochimique. Le courant, qui circule dans l'électrolyte vers le métal, est ajusté de façon à fournir une densité de courant cathodique permettant d'atteindre une valeur de potentiel pour laquelle la vitesse de corrosion du métal de la structure à protéger devient très faible. L'une des méthodes qui existent pour fournir le courant de polarisation de la surface de la structure à protéger est celle de la 3042865 2 protection cathodique par courant imposé dans laquelle le courant continu est fourni par une source alimentant des anodes plus ou moins inertes. Une autre méthode, plus particulièrement visée par la présente invention, est celle de la protection cathodique par anodes sacrificielles 5 (appelées également anodes galvaniques) dans laquelle le courant de protection provient d'un métal dont le potentiel de corrosion est plus négatif que celui de la pièce à protéger. Par ailleurs, la mesure du potentiel électrochimique d'une structure sous protection cathodique par anodes sacrificielles doit être 10 effectuée avec l'électrode de référence la plus proche possible du point à contrôler. En effet, pour effectuer ces mesures de potentiel, il est en général impossible de placer l'électrode de référence utilisée en contact intime avec un coupon métallique et plus particulièrement au niveau des défauts de son revêtement. Aussi, la valeur de la « chute ohmique » 15 existant entre l'électrode de mesure et la surface de la structure dont on cherche à mesurer le potentiel peut conduire à des erreurs de mesure de potentiel importantes. Pour éliminer ou réduire le plus possible les erreurs de « chute ohmique » dues au champ électrique causé par le courant de protection 20 cathodique dans l'électrolyte entre la position de l'électrode de référence et la surface du matériau aux points de défauts de revêtement recevant le courant de protection, il est connu de mesurer le potentiel de la structure à courant coupé (appelé « Eoff ») dans un délai très court après coupure du courant de protection cathodique. 25 Ce dispositif sert à mesurer le potentiel à courant coupé, en particulier dans le cas d'anodes sacrificielles directement fixées sur la structure à protéger pour lequel il s'avère impossible de désolidariser les anodes de la structure et de mesurer le potentiel instantanément. De même, lorsque la protection cathodique met en oeuvre plusieurs anodes 30 sacrificielles dispersées, il s'avère matériellement difficile de les déconnecter en même temps. De plus, compte tenu du fait que l'électrode de référence est isolée et fait face directement au coupon polarisé au même titre que la structure, le potentiel mesuré est relevé sans aucune influence extérieure. 35 3042865 3 Objet et résumé de l'invention Il existe donc un besoin de pouvoir disposer d'un dispositif permettant la mesure du potentiel électrochimique à courant coupé d'une structure métallique soumise à une protection cathodique par anodes 5 sacrificielles tout en s'affranchissant de toute influence extérieure et de la chute ohmique, aussi bien pour le courant imposé que pour les anodes sacrificielles, surtout pour celles qui sont soudées sur la structure. Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à un dispositif pour la mesure du potentiel électrochimique à courant coupé 10 d'une structure contenant du métal qui est soumise à une protection cathodique par anodes sacrificielles et qui est au moins en partie au contact d'un électrolyte, comprenant : un coupon métallique réalisé dans un métal identique à celui de la structure à protéger et relié à celle-ci par l'intermédiaire d'un interrupteur, ledit coupon métallique ayant une face 15 exposée à l'électrolyte et une autre face exposée à une électrode de référence pour la mesure du potentiel du coupon métallique, ladite électrode de référence étant par ailleurs isolée électriquement ; et un appareil de mesure relié, d'une part à l'électrode de référence, et d'autre part au coupon métallique. 20 Le dispositif selon l'invention est remarquable en ce qu'il permet de mesurer le potentiel électrochimique à courant coupé (« Einstantoff ») sans avoir à intervenir directement sur le circuit électrique reliant la structure à protéger et les anodes sacrificielles, quelque soit le type d'anodes, et en particulier celles qui sont fixées/soudées directement 25 à la structure. En d'autres termes, grâce à la présence de l'électrode de référence couplée à l'appareil de mesure, le dispositif selon l'invention s'affranchit de la nécessité de déconnecter les anodes sacrificielles de la structure pour réaliser la mesure du potentiel à courant coupé. De plus, le dispositif selon l'invention peut aisément s'appliquer sur des protections 30 cathodiques déjà existantes. En outre, compte tenu du fait que l'électrode de référence est isolée électriquement et fait face directement au coupon polarisé au même titre que la structure, le potentiel mesuré est relevé sans aucune influence extérieure. L'électrode de référence et le coupon métallique peuvent être 35 positionnés à l'intérieur d'un premier et d'un second compartiments respectifs d'un socle formant boîte. Dans ce cas, le premier 3042865 4 compartiment à l'intérieur duquel est positionnée l'électrode de référence est de préférence délimité par des parois en matériau isolant de sorte à isoler électriquement l'électrode de référence. De plus, le premier et le second compartiments du socle sont de préférence séparés physiquement 5 par une membrane isolante, par exemple réalisée en polymère thermoplastique, munie d'une fenêtre pour permettre au coupon métallique d'être exposé à l'électrode de référence par l'une de ses faces. De préférence encore, l'appareil de mesure est adapté à une mesure à haute fréquence d'acquisition et comprend avantageusement 10 des moyens d'enregistrement des données mesurées. L'invention a également pour objet une utilisation du dispositif tel que défini précédemment pour la mesure du potentiel électrochimique à courant coupé d'une structure immergée ou enterrée et soumise à une protection cathodique par anodes sacrificielles. 15 Brève description du dessin D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence à la figure unique annexée qui illustre un exemple de réalisation d'un dispositif selon 20 l'invention dans son environnement, cet exemple étant dépourvu de tout caractère limitatif. Description détaillée de l'invention Le dispositif selon l'invention s'applique à toute structure ou 25 ouvrage contenant du métal qui est au moins en partie en contact d'un électrolyte (pouvant être de l'eau de mer, auquel cas la structure est au moins en partie immergée ou de la terre, auquel cas la structure est au moins en partie enterrée) et qui est soumise à une protection cathodique par anodes sacrificielles (également appelées anodes galvaniques). 30 La figure unique représente un exemple d'une telle structure 2 métallique qui est en partie immergé dans de l'eau 4 (il peut s'agir par exemple d'une partie métallique immergée d'une plateforme offshore ou d'une coque de navire métallique). De façon connue en soi, la protection cathodique par anodes 35 sacrificielles de la structure 2 est réalisée au moyen d'anodes 6 qui ont un potentiel électrochimique plus négatif que le métal de la structure à 3042865 5 protéger. Typiquement, ces anodes sont réalisées à base de magnésium, de zinc ou d'aluminium et peuvent être dispersées ou directement fixées (soudées) sur la structure à protéger 2 (comme représenté sur la figure). Afin d'évaluer l'efficacité de la protection cathodique ainsi mise 5 en place, il est connu de mesurer le potentiel électrochimique de la structure au moyen d'électrodes de référence (permanentes ou portables). Généralement, ces mesures destinées à évaluer l'efficacité de la protection cathodique comprennent la mesure de potentiel à courant établi (appelée « Eon ») qui est effectuée à courant de protection non 10 coupé, et la mesure de potentiel à courant coupé (appelée « EInstantoff ») qui est effectuée dans un délai très court après coupure du courant de protection. Le dispositif selon l'invention décrit ci-après permet de mesurer le potentiel électrochimique à courant coupé de la structure. 15 A cet effet, le dispositif de mesure selon l'invention comprend un socle 8 formant boîte comprenant un premier et un second compartiments 10a, 10b qui sont cloisonnés par une membrane isolante 12 (par exemple réalisée en polymère thermoplastique de type PVC pour « polychlorure de vinyle »). 20 Un premier compartiment 10a est délimité par des parois en matériau isolant (par exemple en PVC également) et accueille une électrode de référence 14. Les parois en matériau isolant du premier compartiment permettent ainsi d'isoler électriquement l'électrode de référence 14, à la fois de l'électrolyte (ici l'eau de mer 4), mais également 25 de toute influence électrique provenant de structures métalliques voisines. La paroi supérieure du premier compartiment 10a peut être munie d'une fenêtre 16 permettant de faire passer l'électrode de référence 14 pour la rentrer et la sortir du socle 8 (l'électrode de référence est ainsi amovible et peut être mise en place dans le socle uniquement pour les 30 phases de mesure du potentiel électrochimique de la structure à courant coupé). Le second compartiment 10b accueille un coupon (ou témoin) 18 qui est destiné à reproduire le matériau protégé par la protection cathodique. Ainsi, ce coupon 18 est réalisé dans le même métal que celui 35 que contient la structure 2. 3042 86 5 6 Le coupon 18 est assemblé dans le second compartiment 10b du socle et est fixé dans celui-ci par exemple en étant en partie noyée dans une résine. Il peut présenter une forme parallélépipédique avec une face 18a qui est exposée à l'eau de mer 4 (le socle est ouvert au niveau 5 de cette face) et une face 18b opposée qui est exposée à l'électrode de référence 14 (c'est-à-dire que cette face 18b est proche de l'électrode de référence et qu'aucun isolant n'est interposé entre ces deux éléments). A cet effet, la membrane 12 séparant les deux compartiments 10a, 10b du socle est munie d'une ouverture 20 aux dimensions 10 sensiblement équivalentes à celle de la face 18a du coupon. Cette ouverture 20 permet à l'électrode de référence 14 d'être exposée au coupon métallique 18 (et seulement au coupon métallique). Le dispositif selon l'invention comprend encore un appareil de mesure 22 qui est relié, d'une part à l'électrode de référence 14 par un 15 câble électrique 24, et d'autre part au coupon métallique 18. Plus précisément, l'appareil de mesure 22 est un appareil permettant de réaliser une mesure de différence de potentiel électrique entre ses deux entrées (typiquement un multimètre). Cet appareil de mesure est de préférence un appareil numérique 20 permettant l'acquisition de données de mesure à haute fréquence, typiquement de l'ordre de 200 Hz (pour permettre une acquisition toutes les 5ms, sachant que le potentiel de la structure doit être mesuré environ 100ms après coupure du courant de protection). L'appareil de mesure 22 peut également comprendre des 25 moyens d'enregistrement des données mesurées, typiquement une mémoire 28. Dans le dispositif selon l'invention, l'appareil de mesure 22 est également relié à la structure à protéger 2 par l'intermédiaire d'un interrupteur 26. 30 Ainsi, lorsqu'une mesure du potentiel électrochimique de la structure 2 à courant coupé doit être effectuée, l'interrupteur 26 est ouvert. De même, lorsqu'une mesure du potentiel électrochimique de la structure 2 à courant ouvert doit être effectuée, l'interrupteur 26 est fermé. 35 On notera que l'interrupteur 26 a ici été représenté comme étant externe à l'appareil de mesure 22. Bien entendu, il est possible 3042865 7 d'envisager que cet interrupteur soit directement intégré à l'appareil de mesure. REVENDICATIONS1. Dispositif pour la mesure du potentiel électrochimique à courant coupé d'une structure (2) contenant du métal qui est soumise à une protection cathodique par anodes sacrificielles et qui est au moins en partie au contact d'un électrolyte (4), comprenant : un coupon métallique (18) réalisé dans un métal identique à celui de la structure à protéger et relié à celle-ci par l'intermédiaire d'un interrupteur (26), ledit coupon métallique ayant une face (18b) exposée à 10 l'électrolyte et une autre face (18a) exposée à une électrode de référence (14) pour la mesure du potentiel du coupon métallique, ladite électrode de référence étant par ailleurs isolée électriquement ; et un appareil de mesure (22) relié, d'une part à l'électrode de référence, et d'autre part au coupon métallique. 15 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'électrode de référence (14) et le coupon métallique (18) sont positionnés à l'intérieur d'un premier et d'un second compartiments (10a, 10b) respectifs d'un socle (8) formant boîte. 20 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le premier compartiment (10a) à l'intérieur duquel est positionnée l'électrode de référence est délimité par des parois en matériau isolant de sorte à isoler électriquement l'électrode de référence. 25 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel le premier et le second compartiments du socle (8) sont séparés physiquement par une membrane isolante (12) munie d'une fenêtre (20) pour permettre au coupon métallique (18) d'être exposé à l'électrode de 30 référence (14) par l'une de ses faces. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la membrane isolante est réalisée en polymère thermoplastique. 3042865 9 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'appareil de mesure est adapté à une mesure à haute fréquence d'acquisition. 5 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'appareil de mesure comprend des moyens d'enregistrement (28) des données mesurées. 8. Utilisation du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour la mesure du potentiel électrochimique à courant coupé d'une structure contenant du métal qui est immergée ou enterrée et qui est soumise à une protection cathodique par anodes sacrificielles.