Corrosion sous contrainte

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Comme son nom l'indique, la corrosion sous contrainte (CSC) résulte de l'action conjuguée d'une contrainte mécanique en tension (résiduelle ou appliquée), et d'un milieu agressif vis-à-vis du matériau, chacun de ces facteurs pris séparément n'étant pas susceptible à lui seul d'endommager la structure. La contrainte peut être d'origine résiduelle (cintrage, écrouissage, laminage à froid, …), d'origine thermique (dilatation, variation de pression), ou inhérente à la fonction de l'installation (gazoducs, oléoducs, câbles de ponts suspendus, structures de soutènement, …). Ce type de corrosion, particulièrement sournois et dangereux pour les installations, se caractérise par l'apparition de fissures intergranulaire ou transgranulaires dont la direction générale de propagation est perpendiculaire à la plus grande contrainte.

Les fissures ne se propagent que lorsque la contrainte est supérieure à un certain seuil (contrainte limite de rupture) qui dépend du matériau et du milieu. Au-delà, la vitesse de propagation augmente avec la contrainte. Généralement, il existe un temps appelé temps d'incubation pendant lequel la fissure ne se propage pas initialement, même lorsque les conditions mécaniques requises sont présentes.

Mécanismes de corrosion sous contrainte[modifier | modifier le code]

Différents mécanismes sont avancés pour la propagation de la fissure.

Historiquement, le premier mécanisme identifié est la fragilisation par l'hydrogène. L'hydrogène, généralement produit par corrosion (provenant de la réduction de l'eau) ou introduit lors d'opérations de soudage mal maîtrisées, se déplace dans le métal sous forme monoatomique. Il se concentre dans les zones de fortes contraintes triaxiales (en pointe de fissure) et abaisse l'énergie de cohésion du réseau. C'est ainsi que la fissure ou le défaut initial peut se propager périodiquement à des niveaux de contraintes inférieurs à celui de la limite mécanique du matériau.

Si ce mécanisme est pertinent pour les aciers ferritiques ou ferrito-martensitiques, qui sont particulièrement sensibles à la fragilisation par l'hydrogène, son rôle est plus controversé pour les aciers austénitiques. Dans tous les cas, ce mode de fragilisation disparait vers les températures élevées, par exemple au-delà de 200 °C, car l'interaction de l'hydrogène avec le réseau diminue quand la température augmente.

Un deuxième mécanisme de corrosion sous contrainte évoqué à partir des années 1970 fait appel à une dissolution assistée par le glissement. Localement, la contrainte induit une plasticité locale qui se traduit par l'émergence en surface de dislocations. Celles-ci rompent ou endommagent le film passif, et la corrosion s'accroit localement de manière temporaire, jusqu'à ce que le film se reconstitue (repassivation). La répétition périodique de cette séquence - les émergences de dislocations se concentrent en pointe de fissure - aboutit à une propagation de la fissure par enlèvement local de matière. Un argument fort en faveur de ce mécanisme, notamment pour les alliages austénitiques, a été l'observation d'une relation globalement linéaire entre la vitesse de corrosion et la vitesse de propagation des fissures lorsqu'on fait varier l'agressivité du milieu.

Cependant, des limitations à cette théorie ont été relevés, notamment la difficulté à expliquer des faciès de rupture en apparence fragiles. D'autres mécanismes plus complexes, faisant notamment intervenir des interactions entre corrosion, hydrogène et plasticité ont été plus récemment avancés.

Voir aussi[modifier | modifier le code]