Contexte
L’exploration et l’exploitation des fonds marins représentent un enjeu croissant pour de nombreuses industries, nécessitant la mise en œuvre de méthodes de protection contre la corrosion adaptées aux environnements profonds. La protection cathodique, couramment utilisée pour les structures en acier en milieu marin, doit être dimensionnée à partir de données fiables caractérisant l’interface métal/eau de mer. Or, de nombreux paramètres influencent la corrosion et la demande en courant de protection cathodique — température, teneur en oxygène dissous, activité biologique, pression hydrostatique, formation de dépôts calcareux — et peu de données expérimentales sont disponibles pour des profondeurs supérieures à 500 m. De plus, les résultats obtenus en laboratoire ou en eau de surface ne sont pas directement extrapolables aux grandes profondeurs, ce qui souligne la nécessité de disposer de données de terrain acquises in situ sur le long terme.
Moyens
L’étude a reposé sur le déploiement d’une ligne de mouillage instrumentée pendant 11 mois dans l’océan Atlantique (région des Açores), à deux profondeurs : une profondeur intermédiaire (1020 m) et une grande profondeur (2020 m). Des coupons de corrosion en acier carbone ont été exposés à chaque profondeur pour la détermination des vitesses de corrosion par perte de masse. Des capteurs de protection cathodique in situ (SCPC) couplant une cathode en acier carbone à des anodes galvaniques aluminium-indium (AlIn) et aluminium-gallium (AlGa), avec différentes résistances de shunt, ont permis de construire des courbes de pseudo-polarisation à différents temps d’exposition et d’évaluer les capacités des anodes galvaniques. Les paramètres environnementaux (température, oxygène dissous, vitesse de courant, salinité) ont été enregistrés en continu tout au long de l’exposition. Les dépôts calcomagnésien formés sur les éprouvettes ont été caractérisés après récupération par spectroscopie Raman, microscopie électronique à balayage couplée à une analyse dispersive en énergie (MEB/EDX), et diffraction des rayons X (DRX).
Résultats
Les vitesses de corrosion mesurées en eau intermédiaire et profonde sont comparables et restent dans la gamme attendue pour l’acier carbone en eau de mer calme, la valeur légèrement plus élevée en eau intermédiaire étant attribuée à la température plus haute et à une diffusion de l’oxygène plus importante. Les densités de courant de protection cathodique mesurées après 11 mois sont cohérentes avec les données de la littérature et diminuent avec le temps en raison de la formation progressive d’un dépôt calcareux, cette diminution étant plus marquée en eau profonde, suggérant la formation d’un dépôt plus protecteur. La caractérisation des dépôts calcareux révèle qu’en eau froide et profonde, la calcite et la monohydrocalcite sont favorisées au détriment de l’aragonite, que le rapport Ca/Mg diminue avec la profondeur, et que des composés mixtes calcium-magnésium apparaissent sous l’effet de la pression hydrostatique élevée. Enfin, les capacités des anodes galvaniques AlIn et AlGa mesurées sont cohérentes avec les données bibliographiques pour des expositions longue durée.