PIT | Surveillance et prévision de la corrosion par piqûres sur les structures maritimes en acier

Mécanismes et conséquences de la corrosion par piqûres sur les structures en acier au carbone dans les environnements maritimes

L’économie bleue représente une part essentielle du tissu économique flamand. Elle repose sur des infrastructures portuaires, côtières et offshore de grande ampleur et en acier. Par ailleurs, les éoliennes offshore font partie des sources d’énergie verte les plus puissantes et les plus durables qui existent actuellement, et elles jouent un rôle fondamental dans la lutte contre le changement climatique.

Sur la côte belge, plusieurs éoliennes construites en 2009 sont conçues pour durer 20 à 25 ans. La région abrite également plusieurs ports parmi les plus importants d’Europe. Si certaines stratégies de gestion de la corrosion comme l’ajout d’une surépaisseur de corrosion, les enduits et la protection cathodique permettent d’atténuer la corrosion uniforme, le risque de corrosion par piqûres, lui, reste insuffisamment étudié.

La corrosion par piqûres crée de minuscules trous localisés dans les surfaces métalliques, lesquels peuvent faire office de sites de départ de fissures et potentiellement entraîner une réduction significative de la longévité à la fatigue des structures en acier. Actuellement, ces structures font l’objet d’une inspection visuelle, ce qui implique l’élimination des produits de la corrosion et un préjudice pour la vie marine. Ce procédé est chronophage, source d’erreurs et inefficace.
Qu’adviendrait-il si l’on pouvait détecter la corrosion par piqûres plus tôt, plus efficacement et en déployant moins d’efforts ?

Contexte 

Les exploitants et les propriétaires d’infrastructures soupçonnent la corrosion par piqûres d’avoir une incidence significative sur la durée de vie des structures offshore et maritimes. Cependant, l’ampleur de ce risque reste indéterminée, ce qui induit des lacunes lors des calculs conceptuels.

Actuellement, les effets de la corrosion par piqûres ne sont pris en considération que de façon indirecte, via les courbes S-N relatives à la corrosion libre, en raison de la nature mal définie des mécanismes de corrosion dans un environnement maritime.

• L’acier au carbone subit-il une véritable corrosion par piqûres, ou s’agit-il d’une corrosion uniforme hétérogène ?
• Dans quelles circonstances la corrosion par piqûres se développe-t-elle ?
• À quelle vitesse cette corrosion progresse-t-elle et quelles formes prend-elle, quelles sont ses dimensions et sa distribution ?
• De quelle manière la corrosion par piqûres affecte-t-elle la longévité (à la fatigue) des structures en acier ?

De surcroît, il n’existe actuellement aucune méthode éprouvée pour surveiller l’apparition et la progression des piqûres de corrosion in situ.

Objectifs et résultats

La nature de l’innovation scientifique visée par le projet PIT vise à se forger une meilleure compréhension fondamentale de la manière et des circonstances dans lesquelles la corrosion de l’acier au carbone dans un environnement maritime peut entraîner la formation de piqûres, étant entendu qu’une telle piqûre est définie ici comme une attaque localisée occasionnant une diminution de la durée de vie d’une structure. En outre, notre volonté est d’obtenir des données quantitatives sur la taille, la forme et la rapidité de progression des piqûres en : 

1. développant de nouvelles méthodes robustes, indépendantes des exploitants et normalisables pour analyser les coupons de corrosion ; 
2. recherchant des méthodes pour surveiller en continu la susceptibilité aux piqûres de l’acier au carbone au moyen de techniques électrochimiques.
    

Enfin, il y a lieu de mettre au point une méthode pour traduire les données quantitatives obtenues sous forme de données d’entrée pour les modèles de longévité existants. 

Le projet PIT ne développe pas de nouveaux modèles de longévité à la fatigue, mais étudie comment améliorer les modèles existants grâce à une meilleure qualité des données relatives à la corrosion.

Le projet est axé sur les énergies renouvelables offshore (fondations fixes) et le secteur maritime, même si l’on peut s’attendre à une valorisation interdomaines pour les structures flottantes de production énergétique, les îles énergétiques, les systèmes d’amarrage, le transport maritime, l’aquaculture, la production d’eau douce, l’industrie chimique et le traitement des eaux usées.  

Résultats exploitables clés (KER) 

Le projet débouchera sur quatre résultats exploitables clés pour ce qui a trait aux applications industrielles :

• KER1: comprendre dans quelles circonstances la corrosion de l’acier au carbone peut entraîner la formation de piqûres, et quels sont les facteurs d’influence, l’influence de la protection cathodique et la localisation des endroits les plus à risques.
  Objectif de valorisation : étayer la prise de décision pour ce qui concerne à la fois la conception, l’exploitation et la maintenance des infrastructures.
• KER2: comprendre les principes de mesure électrochimique portant sur la corrosion par piqûres de l’acier au carbone.
  Objectif de valorisation : développer des capteurs et assurer une surveillance en temps réel de la corrosion (réduction des coûts d’exploitation).
• KER3: développer une méthode pour obtenir des données quantitatives concernant la taille, la forme, la distribution et la vitesse de progression des piqûres, au départ de l’analyse de coupons de corrosion et de mesures électrochimiques.
  Objectif de valorisation : disposer d’outils plus fiables pour la (ré)évaluation de la durée de vie (réduction des coûts totaux moyens actualisés de l’énergie produite).
• KER4: obtenir un ensemble de données volumineux et unique sur la corrosion par piqûres de l’acier au carbone dans les environnements maritimes.
  Objectif de valorisation : améliorer les conceptions futures (réduction des dépenses d’investissement en capital) ; valider/améliorer les modèles de corrosion.

Approche

Le projet PIT poursuit quatre axes de recherche majeurs :

1. Étudier l’utilisation de techniques électrochimiques pour assurer la surveillance continue de la corrosion par piqûres : 
   1. Le travail commencera en laboratoire, par la simulation des conditions dans lesquelles la corrosion par piqûres peut survenir. Différentes techniques électrochimiques (ECN, EFM, EIS) seront analysées pour déterminer leur aptitude à détecter la corrosion par piqûres. 
   2. Les techniques les plus prometteuses seront testées sur le terrain dans une installation d’essai hébergée dans le port d’Ostende.
2. Développer une méthode d’analyse automatisée des coupons de corrosion : 
   1. En règle générale, les coupons de corrosion (de petites plaques métalliques exposées au même environnement que la structure à étudier) sont analysés manuellement pour détecter la présence de piqûres. . 
   2. Le projet PIT ambitionne de développer une méthode visant à automatiser l’analyse et à assurer son indépendance et son objectivité par rapport à l’exploitant. Un grand nombre de coupons d’acier au carbone marqués de piqûres provenant de différents sites d’exposition et exposés pendant différentes durées sont à la disposition des partenaires du projet pour en lancer le développement.
3. Étudier les effets des macrosalissures sur la corrosion par piqûres de l’acier au carbone : 
   1. Un ponton flottant sera utilisé comme banc d’essai dans le port d’Ostende, non seulement pour tester différentes solutions de surveillance, mais aussi pour analyser le type et le volume des macrosalissures en développement et la manière dont elles influencent l’apparition de la corrosion par piqûres. 
   2. L’analyse de l’environnement local sous les macrosalissures sera réalisée au moyen de microsondes afin de comprendre comment les différents types de macrosalissures affectent la surface.
4. Cataloguer le type de données d’entrée dont ont besoin les modèles de fatigue existants : 
   1. Bien que le projet PIT ne vise pas à développer de nouveaux modèles de fatigue, nous voulons comprendre les modèles existants et le type de données d’entrée qu’ils requièrent pour ce qui a trait à la géométrie et à l’ampleur de la corrosion par piqûres. 
   2. Les méthodes développées dans le cadre du projet PIT (mesures électrochimiques et analyse de coupons) seront modulées afin de pouvoir fournir ce type de données et de permettre des calculs plus précis de longévité à la fatigue en se basant sur les modèles de fatigue existants.

Groupe cible

Le projet PIT vise essentiellement à desservir les secteurs des énergies renouvelables offshore (à fondations fixes) et maritimes. Des applications interdomaines sont toutefois attendues pour :

• les structures énergétiques flottantes ;
• les îles énergétiques ;
• les systèmes d’amarrage ;
• le transport maritime et l’aquaculture ;
• la production d’eau douce ;
• l’industrie chimique ;
• le traitement des eaux usées. 

Financement 

• Type de projet : Cluster SBO, Blauwe Cluster
• Numéro de contrat VLAIO : Projet n° HBC.2024.0692
• Taux de subventionnement : subventionné à 100 % par la VLAIO

Logo du projet

Liens

Liens internes

Le projet PIT résulte directement des travaux menés à bien dans le cadre de deux projets, MaxWind et Socorro, au cours desquels un manque de compréhension de la corrosion par piqûres de l’acier au carbone dans un environnement marin a été détecté au terme de discussions menées avec l’industrie. La manière de surveiller l’apparition d’une corrosion par piqûres présente un intérêt tout particulier pour l’industrie.

Liens externes

• Publication sur le portail FRIS 
• Blauwe Cluster - Blue Cluster