THÈSE
présentée pour l'obtention
du
DIPLOME DE DOCTEUR DE 3e CYCLE
à
L'UNIVERSITÉ PIERRE ET MARIE CURIE
Paris 6
Spécialité : SCIENCES PHYSIQQES
Mention : CHIMIE APPLIQQÉE
par
NDOB MAMBUNDU
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SUJet de la these : "
tJ 0 2 1 4 2
APPLICATION DES MÉTHODES ÉLECTROCHIMIQUES-
A L'APPRÉCIATION DE LA CORROSION DES MÉTAUX
DANS LES SOLS
Soutenue le ~4 Novembre 1978
devant la commission composée de :
M. J. TALBOT, Président
MM. B. DUBOIS
1Examinateurs
J. MONTUELLE)
1

1
La Vérité étant une et universelle,
je ne
1
revendique
pour moi que les erreurs et les in-
!
suffisances contenues dans cette
étude qu~ j'ose
1
espérer,
aura
une suite transcendante,
dans
l'intérêt de la science moderne,
pour le plus
grand bien des
hommes.
Pour l'heure,
conformément à la Tradition
des EAJAG,
"je tiens à proclamer,
selon la
formule
consacrée,
la Louange vouée aux dieux
immortels notamment le redoutable KIGH,
afin
de conjurer leur colère,
source de maux pour
les mortels,
quand
bien même
j'aurais manqué à
un engagement contracté sous la foi du serment
car de demain nul n'est certain".

Monsieur le
Professeur Jean TALBOT,
Vice-Président
de l'Université Pierre
et Marie Curie,
a
assuré
la direction
de
cette étude,
et i l m'a fait
le grand honneur d'accepter
la présidence du
jury de thèse.
Q'il trouve ici l'expression de ma
très
profonde
et très
respectueuse gratitude.
Monsieur MONTUELLE,
Directeur de
Recherche au
CNRS
a bien voulu m'accueillir dans
son laboratoire.
Il m'a suggéré
le sujet de cette thèse et m'a apporté tout
au long de l'étude
une assistance précieuse,
ne ménageant
ni son
temps
pourtant,
très limité,
ni ses conseils avisés
pour orienter ma
recherche
et la mener
jusqu'à terme.
Je tiens
à lui exprimer mes
vifs
remerciements
et
ma profonde reconnaissance.
Je
remercie vivement Monsieur le
Professeur DUBOIS
pour l'honneur qu'il m'a fait
de
bien vouloir accepter de
par-
ticiper au
jury de
thèse et d'être le
rapporteur de cette étudè.
Ce travail a
été
réalisé successivement au Centre
d'Etudes
de Chimie Métallurgique
(C.E.C.M.
-
C.N.R.S.
de Vitry
sur Seine)
et au laboratoire de
Corrosion de
l'E.N.S.C.P.
(Université
Paris
VI).
J ' a i trouvé
auprès
de l'ensemble des
membres
du
personnel des
deux laboratoires un
accueil amical.
Ils m'ont tous apporté
à tout moment,
à
des
degrés divers
et
selon leurs spécialités,
avec empressement et
enthousiasme un
concours inestimable sans lequel aucun
travail effectif n'aurait
pu être accompli.
A tous
j'exprime mes
sincères remerciements
et toute
ma sympathie.
Enfin i l m'est agréable de remercier tout
particulièrement
Madame PAVARD qui a
assuré
avec soin
et rapidité la réalisation
pra-
tique de
cette thèse.

TABLE
DES
MATIERE
Pages
.
Introduction ,
.
CHAPITRE 1
Considérations générales sur les sols ••••
5
1/ Caractéristiques principales des sols ••••••
6
1 0 )
Propriétés physiques ••••••••••••••••••
6
a)
Granulométrie •.••••••••••••••••••••
6
b ) Porosité
.
8
c)
Résistivité-Conductibilité •••••••••
8
2 0 )
Propriétés chimiques ••••••••••••••••••
10
30) Caractéristiques biologiques -
matières organiques •••••••••••••••••••
11
11/ Types d'agressivité des sols •••••••••••••••
11
1 0 ) Agressivité absolue •••••••••••••••••••
12
2°) Agressivité relative •••••••• : •••••••••
12
a)
Piles électriques de grande
dimension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . .
13
b)
Electrolyse par courants vagabonds.
13
111/ Méthodes classiques d'étude de la corrosion
des métaux dans le sol •••••••••••••••••••••
1 4
1 ° ) Résistivité électrique ••••••• '.~~iNf;;;~7.
14
2 ° ) Perte de poids
~~~ ~~..
14
3 0)
pH et acidité totale •••••• ','~/ ./~ •• "",oç,. • . ' -
15
/
1
C Po. 1\\11-.

4 0)
Potentiel redox ••••••••••• ~\\ ~\\~~.
• • • ••
t/
16
, \\
.
'(h
". ", "
,-;~Q
.
( \\ '
CHAPITRE II
Méthodes électrochimiques _ Condi:tiCl
<:)
expérimentales
.
17
1/ Méthodes électrochimiques d'étude de la
corrosion •••••••••••••••.••••••••••••••••••
17
1 0 )
Courbes courant -
tension •••••••••••••
17
2 0 )
Méthode de la droite de Tafel •••••••••
1 9
30) Méthode de la mesure de la résistance
de polarisation
.
22

Pages
4 0) Discussion des méthodes.............
.
25
III Conditions expérimentales et appareillages.
28
1 0)
Candi tians expérimentales .••••••••••••
28
a)
Cellule de mesure ••••••••••••••••••
28
b)
Echantillons . . . . . . . . • . . . • . . . . . . . . . .
30
c)
Electrodes de référence ••••••••••••
30
d)
Electrod~auxiliamres •••••••••••••
31
e)
Electrolytes
.
31
2°) Appareillages •••••••••••••••••••••••••
31
CHAPITRE III
Influence de l'humidité et de la
granulométrie du sol •••••••••••••••••••
35
AI Influence de l'humidité du sol •••••••••••••••
35
II Conditions opératoires •••••••••••••••••••••
36
1 0 )
Sol de référence . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . .
36
2 0 )
Préparation du sol ••••••••••••••••••••
36
30) Teneur en eau du sol ••••••••••••••••••
38
4°) Détermination du volume de saturation
totale
.
40
III Résultats expérimentaux ••••••••••••••••••••
40
1 0)
Courant de corrosion i
••••••••••••
43
corr
2°)
Perte de matière ••••••••••••••••••••••
43
3 0)
Résistance de polarisation ••••••••••••
as
4 0)
Potentiel de dissolution ••.•••••••••••
45
50) Résistivité • . . . . . . . . . . . . . . . . . • • . . • • . . •
48
111/ Interprétation . . . . . . . . . . . . . . . • . . • . • . . • . • . . .
48
1°) Courant de corrosion i
.
Perte de
.
corr
p01ds •••••••••••.•••••••••••••••••••••
48
2°)
Résistance de polarisation ••••••••••••
52
BI Influence de la granulométrie du sol •••••••••
52
Il Variation de la pososité en fonction de la
granulométrie
.
53
1 D)
Etude théorique ••••••.••••••••••••••••
53
2°)
Résultats expérimentaix •••••••••••••••
54
3 D )
Interprétation. , ••••••••••••••••••••••
54

Pages
11/ Variation de l'agressivité du sol en fonction
de la granulométrie •••••••
55
1 0
..
)
Courant de corrosion.
55
2 0)
Perte de matière •••••
..
59
30) Potentiel de corrosion E
••
....
59
corr
111/ Interprétation ..•..............•••...•.......
59
1 0 )
Courant de corrosion
perte de matière.
59
2 0 )
Potentiel de corrosion E
••••••
61
corr
a)
Comportement de l'échantillon.
63
b)
Comportement de l'électrode de
référence.
63
30) Résistivité ••
.....
67
C/ Justification du rôle de l'oxygène.
68
1/ Conditions expérimentales.
1 0
... ...
69
)
Cellule de mesure....
• •••••
71
2 0 ) Préparation de l'échantillon ••
71
30)
Le sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . • .
71
11/ Résultats expérimentaux.
1 0
... .....
71
)
Atmosphère d'azote •••
71
2 0
...
)
Atmosphère d'oxygène.
72
30) Atmosphère d'argon •••
....
72
II Il Interprétation . . . . . . . • . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . .
77
Conclusion ••••••••••••••••••••••••.•••••
83
CHAPITRE IV
Influence des particules solides ••••••••••
85
1/ Conditions expérimentales et appareillage.
86
1 0 ) Conditions générales.
86
2 0 ) Cellules de mesure.
86
3 0) Echantillons •••••••
...
88
11/ Résultats expérimentaux ••••• .................
88
111/ Interprétation
discussion ••••••••••••••••••
94
Conclusion .•
96
CONCLUSION
.......
.
..........
-
97
BIBLIOGRAPHIE: ........... "
.
99

-
1 -
1 N T R 0 DUC T ION
Les métaux et alliages,
quand ils sont placés dans le sol,
ont tendance à revenir à leur forme originelle de minerais,
avec
perte totale de leurs propriétés métalliques. En cela i l y a
corrosion au sens de notre étude, c'est-à-dire altération des
propriétés physiques et mécaniques de la matière. L'altération a
lieu sous l'action de l'humidité, de l'oxygène et/ou d'agents
chimiques et conduit à la transformation du métal en composés
chimiques nouveaux.
En effet à l'exception des métaux dits nobles tels que
l'or ou le platine, les métaux usuels se trouvent dans l'écorce
terrestre sous forme de minerais naturels constitués dans la plu-
part des cas par des oxydes, des sulfures, des sulfates, des
chlorures ou des carbonates.
Il faut donc dépenser de l'énergie
pour transformer ces minerais en métaux élaborés qui possèdent
ainsi une énergie libre plus élevée que celle des composés stables
naturels. En règle générale,
plus facilement le métal est obtenu
à partir de son minerai moins susceptible à la corrosion i l sera.
La corrosion des métaux est un phénomène largement répandu.
Elle se produit dans des milieux,
divers
: gazeux,
liquides,
solides.
Il est admis que dans la plupart des cas la corrosion
constitue un phénomène électrochimique. La corrosion électro-
chimique appartient au type de corrosion humide.
Un échantillon de
métal plongeant dans un électrolyte se corrode par la transformation
des atomes du métal en ions métalliques qui passent en solution
tandis qu'à l'interface métal-milieu apparaissent des charges né-
gatives.
M
Mn +
+
n e
métal
ion métal
électrons

-
2 -
Il en résulte un courant électrique circulant du métal vers la
solution. En fait pour qu'il y ait corrosion électrochimique i l
doit y avoir une différence de potentiel entre deux points électri-
quement connectés et immergés dans un électrolyte. Alors un courant
circule à travers l'électrolyte, de la zone anodique,
au potentiel
le plus négatif,
où se produit la corrosion par perte d'ions du
métal,
à la zone cathodique et puis à travers le métal pour refermer
le circuit. La région cathodique vers laquelle le courant circule
à travers la solution est protégée de la corrosion par réduction
d'hydrogène ou autres ions qui transportent le courant.
Les travaux de Faraday (1834)
ont établi de façon nette
cette relation essentielle entre l'action chimique et la génération
des courants électriques. Par ses lois de l'action électrochimique,
valables pour les deux phénomènes anodiques et cathodiques,
Faraday
a donné une base quantitative de l'étude de la corrosion des métaux.
La corrosion des métaux en général,
celle des métaux enter-
rés en particulier a été et reste une préoccupation sérieuse du
point de vue scientifique mais surtout des points de vue technique
et économique. En effet l'importance des problèmes de corrosion a
augmenté avec l'utilisation des métaux et,au fur et à mesure que
les équipements publics et industriels se sont développés,
le
problème s'est posé avec une acuité grandissante.
Les dépenses
imposées par la corrosion dans le monde entier dépassent l'imagination
Pour se faire une idée disons qu'on estime que le 1/4 environ de la
production mondiale d'acier sert à remédier aux dégats causés par la
corrosion. Dans cette entreprise de destruction,
la corrosîon souter-
raine n'est pas des moindres.
L'attaque des structures métalliques
enterrées résulte d'abord du caractère corrosif intrinsèque du sol,
mais aussi de facteurs extérieurs tels que courants vagabonds,
couplages galvaniques,
piles géologiques etc • • • •
Les méthodes électrochimiques sont maintenant bien établies
et largement utilisées pour l'étude du comportement des métaux dans
des solutions aqueuses. Mais pour des milieux plus complexes tel que
le sol, le couple métal-milieu engendre des problèmes particuliers

-
3 -
qui rendent difficile l'emploi des méthodes électrochimiques.
Cela
a amené nombre de spécialistes à éliminer la phase solide, se
contentant de faire les mesures dans une solution extraite du sol.
Notre but dans ce travail a été
:
-
de rechercher les conditions d'application des méthodes
électrochimiques
à l'étude de la corrosion des métaux dans le sol,
dans le cas où celui-ci constitue réellement le milieu électrolytique;
-
d'étudier à la lumière de ces méthodes l'influence de
certaines caractéristiques
du sol comme l'humidité et la granulométrie
sur la vitesse de corrosion
-
d'apprecier la validité de l'approximation sol-extrait de
sol.
Auparavant nous ferons quelques considérations générales sur
les sols et nous indiquerons les méthodes classiques utilisées pour
apprécier leur agressivité,
ainsi que les méthodes électrochimiques
d'étude de la corrosion,
l'appareillage utilisé et les conditions
expérimentales.

-
5 -
-
CHAPITRE
l
-
CONSIDERATIONS GENERALES SUR LES SOLS
Les sols varient de façon considérable par leurs caracté-
ristiques physiques,
chimiques et biologiques et partant,
par leur
action corrosive vis-à-vis des métaux (1,
2,
3).
En conséquence
une certaine familiarité avec la pédologie,
science des sols,
est
d'un grand secours pour ceux que la corrosion des métaux dans le
sol intéresse.
Pour notre part, à défaut d'une connaissance
approfondie en la matière,
nous indiquerons brièvement les caracté-
ristiques et propriétés principales des sols.
Auparavant nous dirons
quelques mots sur la définition du sol.
Depuis fort longtemps le sol a suscité et attiré l'attention
des hommes essentiellement à cause de son râle dans la germination
et le développement des plantes vfurières. On pourrait donc penser
que le sol est un milieu parfaitement défini.
Pourtant les définitions
du sol ont beaucoup varié au cours des âges et selon la spécialité
de chacun.
Nous retiendrons néanmoins la définition du "soil Survey
Manuel"
(1951),
pratique pour les travaux de terrain et conforme au
sens admis habituellement
: "le sol se définit comme une tollection
de corps naturels occupant une partie de la surface du globe qui
supporte les plantes et dont les propriétés découlent de l'effet
integré du climat et de la matière vivante sur un matériau originel
conditionné parla nature des roches,
le relief,
le temps".
(3).
Le sol apparait donc comme le résultat d'un processus de
formation agissant sur les matériaux déposés ou accumulés par les
actions géologiques.
Son principal rôle est de nour~ les végétaux.
Il doit donc renouveller ses réserves de façon ininterrompue.

- 6 -
Ainsi reckle-t-il une vie intense. Son action biologique et physico-
chimique en fait le plus remarquable agent de transformation
(1,
2).
Ainsi du point de vue pédologique, considère-t-on le sol comme un
complexe dynamique
(3).
Cependant dans notre étude nous nous sommes servi de sols
artificiels,
moins complexes,
considérant que,
en dernière analyse,
le sol est un mélange de particules solides, d'eau et d'air.
l
-
Caractéristiques principales des sols.
Les sols présentent de nombreuses caractéristiques physiques
et chimiques. Pratiquement la nature et la taille des éléments
constitutifs jouent un rele capital sur ces caractéristiques.
Celles-,
ci dépendent pour l'essentiel de la topographie et du climat du site
considéré qui déterminent l'activité biologique, le drainage,
l'aération etc •••
(1,
2).
Des propriétés physiques des sols on retiendra essentiel-
lement celles qui sont importantes en corrosion,
c'est-à-dire celles
qui déterminent la perméabilité du sol à l ' a i r et à l'eau ainsi que
la résistivité électrique (1,
2, 4).
a)
La granulométrie.
La distribution des tailles des particules du sol ,est
évidemment un facteur important en ce qui concerne l'aération et
le degré d'humidité des sols
(1).
L'analyse granulométrique qui peut se faire par traitement
du sel à l'eau bouillante donne la classification suivante:
_ les ballasts dont la chute est instantanée dans l'eau.
Ils comprennent des blocs de dimension supérieure à 500mm, des
galets de 500 à 25mm, des graviers de 25 à 10mm, des granulés de
5 à 2mm.

- 7 -
- les sables, suspensions qui se déposent en quelques
minutes. Leurs dimensions vont de 2 à
0,02mm. On distingue les
sables grossiers: 2 à 1mm, les sables moyens: 1 à 0,5mm, les
sables fins: 0,5 à 0,1mm, les sables très fins 0,1 à 0,02mm.
- les poudres, grains visibles à l'oeil nu ou à la loupe,
forment des boues stables pendant des heures. Les dimensions
vont de 0,02 à 0,002mm.
- les argiles ou suspensoides, grains visibles au micros-
cope et animés de mouvements browniens. Leurs dimensions varient
de 0,002 à 0,0001mm soitO,1 pm.
- les colloides, grains ultra microscopiques allant de
3
0,1 pm à 0, 1 .1 0-
pm.
L'utilisation de tamis convenables permet de déterminer
le pourcentage en masse de chaque catégorie d'éléments (2).
La granulométrie fournit des renseignements utiles à l'étude de
la corrosion. Dans les sols de texture grossière comme les sables
et les graviers où il y a libre circulation d'air, la cor~osion
approche du type atmosphérique. Les sols non argileux ont une
faible plasticité, des faibles capacités de rétention d'eau et
ils ne sont pas beaucoup affectés par les modifications de taux
d'humidité. De tels sols favorisent un bon drainage et une bonne
aération. Les sols argileux sont caractérisés par une texture
fine, une grande capacité de rétention d'eau et par conséquent
une aération et un
drainage faibles. Les particules d'argile sont
très plastiques et deviennent gluantes et impérméables quand elles
sont saturées d'eau. De tels sols ont tendance à se rétrécir.et
à se craqueler en séchant, à gonfler quand ils redeviennent humides
(1) on peut dresser le tableau suivant.
branulométrie
Dimensions
Aération
Dr<linage
Plasticité
Rétentil"n d'eau
=::=======:== :==:_======== ====::=c====== ======::.=s:==== ============= ~:::=::====:=::=
Ballasts
2 à + 500mm
Très bonne
Très bon
Très faible
Très faible
Sables
0,02 à 2mm
Bonne
Eon
Faible
Moyenne
Poudres
0,002 à 0,02
Assez bonne
Assez bon
Moyenne
Grande
mm
Argiles
0,0001
à
Mauvaise
Mauvais
Très grande
Très grande
0,002mm
4
Colloides
10-
li 10- 7 mm
Négligeable
Très mauvais
Enorme
Très grande
Tableau l
Analyse granulométrique.

-
8 -
b)
Porosité.
La porosité définit le volume relatif des espaces vides
par rapport au volume apparent total d'une masse donnée de sol.
Elle est donc une mesure relative de la perméabilité des sols à
l ' a i r et à l'eau et,
toutes choses égales par ailleurs,
une valeur
élevée du volume des pores indique un sol relativement peu corrosif
(1,2).
La densité vraie des éléments solides constitutifs des
sols est en moyenne de 2,7
or la densité des divers sols usuels
secs varie entre 1,4 et 2. Considérons donc une masse m de sol sec
de volume apparent v
le volume v
des éléments solides est égal
1
2
à
m
on appelle volume de porosité v la différence v
-
v
1
2
v = v
-
v
:
c'est le volume des espaces vides.
1
2
Par définition la porosité p est le rapport
v
p =
=
La teneur en eau d'un sol est généralement inférieure au volume
de porosité. Donc les pores sont plus ou moins obturés par l'eau.
La porosité exprime le degré de tassement des sols minéraux dont
la masse spécifique apparente constitue un critère de compacité.
La quantité de matière organique peut influer de façon marquante sur
la masse spécifique du sol minéral
(1,
2).
c)
Résistivité -
Conductibilité.
-
Résistivité
: la résistivité d'un matériau peut être
définie comme la résistance existant entre deux faces de section
unité, séparées par une unité de longueur du matériau.
Elle est
donnée par la formule
R .§.
l

9
Les unités usuelles sont l'ohm (IL)
pour la résistance E et le
centimètre pour la longueur.
La résistivité s'exprime donc en
~ .cm. Certains spécialistes pensent que la résistivité peut être
considérée comme une estimation approximative de l'activité corrosive
des sols alcalins.
La résistivité dépend largement de la nature et de la quantité
des sels dissous dans le sol. Elle est aussi affectée par la teneur
en eau, la compacité du sol, la présence des matériaux inertes ainsi
que la température, la pression, les saisons etc •••
(1, 2). L'effet
de l'humidité peut Stre illustrée en portant sur un graphe la ré-
sistivité en fonction de la teneur en eau
: indéfinie pour un sol
parfaitement sec, la résistivité décr01t rapidement par addition
d'eau
(comme on le verra,
ultérieurement) et passe par un minimum
plus ou moins bas,
plus ou moins étalé. La mesure de résistivité
s'effectue au laboratoire par les méthodes classiques
(pont de
Kohlrausch) sur un échantillon de s o l ; sur le terrain,
plusieurs
'1
méthodes sont utilisées dont les plus connues et les plus courantes
sont : la méthode Sheppard, la méthode des deux terres,
la méthode
1
1
des quatre terres.
1
-
Conductibilité électrique X
Les électrolytes sont constitués par des ions chargés
électriquement qui,
dans un champ électrique se déplacent et pro-
voquent un courant électrique.
On peut donc définir une conductibilité
spécifique.
1
Elle s'exprime en inverse d'ohm c'est-à-dire en Siemens S
"
ou en micro Siemens pS.
1
Pour notre part nous ferons plus fréquemment référence à la
l
résistivité électrique e •
1
1
j
1
j
~
1
,'~

-
10 -
Un grand nombre d'éléments chimiques existent dans le sol,
mais beaucoup d'entre eux sont combinés en composés difficilement
solubles qui exercent une
faible
influence directe en corrosion
(1).
On peut donc distinguer les constituants solubles et les composés
insolubles.
Les constituants insolubles forment le squelette minéral
partiellement colloïdal.
Ce sont principalement des combinaisons de
l'oxygène avec le silicium,
l'aluminium, le fer,
le magnésium.
Le
carbonate de calcium est aussi insoluble en l'absence de C0 20
Les constituants solubles sont des sels métalliques formés
.
+
+
2+
2+
+
2-
des cat~ons Na , K , Ca
,
Mg
,
H
et des anions C0
'
C0 H-,
3
3
-
-
2-
-
N0
'
Cl ,
504
'
OH
• Le lessivage des terrains fournit des extraits
3
de sol comparables aux eaux naturelles salines.
Les ions Cl- et
sa 2- ont une action corrosive prononcée (1, 2).
4
LèS
analyses chimiques des sols pour les études de corrosion
sont généralement limitées aux déterminations des constituants
solubles dans l'eau, dans les conditions standard.
L'ac~~té des sols est caractérisée par l'activité des ions
\\ 1 -. r
"). '-t! ...
H+ pu pH.
L.e-~W~\\~.Jn sol traduit la concentration existante en ions
H+ et non la quant.Até totale d' hydrogène ionisable qui caractérise
l ' acidi té--h,tale id",u) sol. Les sols alcalins contiennent du carbonate
de c~bium en ~qA)~nce. En général les sols riches en matière
org an~s ,cpnti.~"~nent de plus grandes réserves d' acid i té ou d' al-
calinité ---
que les autres sols.
La présence d'un milieu oxydant ou
réducteur dans un support agressif détermine l'évolution ces phéno-
mènes de polarisation et la précipitation ou la solubilisation des
produits de corrosion, ceci en liaison avec le caractère acide ou
basique du sol.
Le caractère oxydant ou réducteur peut être mesuré
par le potentiel d'oxydo-réduction du milieu
(1,
2).
Les propriétés chimiques d'un sol peuvent changer avec le
temps par suite de l'action bactériologique.

-
11 -
Les matières organiques végétales et animales sont présentes
dans tous les sols,
surtout dans les couches superficielles. Leur
évolution dans le sol est la plus dangereuse
:
elles subissent des
décompositions génératrices de composés plus simples mais en
général corrosifs(2).
L'activité biologique dans les sols récents ou anciens,
très humifères ou très secs est extrêmement intense.
Des virus, des
bacilles,
des champignons,
des mousses,
des algues etc ••• y pul-
lulent et y prolifèrent:
19 de sol contient en moyenne plusieurs
centaines de millions de bactéries et micro-organismes
(2).
Il existe des bactéries aérobies qui exigent la présence
de l'oxygène et d'autres anaérobies,
qui vivent dans des milieux
privés d'oxygène.
Il semble qu'elles ont toutes une influence sur
l'agressivité des sols vis-à-vis des métaux,
car les produits et
enzymes qu'elles sécrètent sont susceptibles à leur tour de changer
les caractéristiques catalytiques et chimiques des sols.
Il est
par exemple bien établi que la corrosion anaérobie est causée par
l'action des bactéries anaérobies qui réduisent les sulfates dans
les sols désaérés
:
ce sont les Desulfovibrio desulfuricans.
Ils
-
2-
extraient l'oxygène des ions 503
et 504
en les réduisant à l'état
2-
d'ion sulfure 5
;
l'oxygène peut ensuite intervenir'comme
dépolarisant
( 1 , 2 , 5 , 6 ) .
II
-
Types d'agressivité des sols.
Les métaux,
si parfaitement élaborés soient-ils ne
correspondent pa~ rigoureusement aux corps simples étudiés en
chimie. Un petit élément de surface d'un métal quelconque en contact
avec le sol laisse apparaître des hétérogénéités microscopiques
(éléments de l'alliage ou impuretés,
cristallisation ••• ) et macros-
copiques dues par exemple aux variations d'état de surface du métal,
de composition du sol différente d'un point à un autre,
du degré
1
1

-
12 -
de
contact,
d'humidité,
d'aération etc • • • •
Ces divers types
d'hétérogénéité dont certaines sont des facteurs caractéristiques
du sol,
sont la cause première de la corrosion des métaux.
Cependant d'autres causes dues à
des circonstances éyrangères au
sol provoquent des dommages importants. Selon qu'il s'agit des
causes relevant des facteurs de corrosion caractéristiques du sol
ou des causes externes non révélêes par l'examen du sol,
on peut
distinguer deux types d'agressivité des s o l s : l'agressivité
absolue et l'agressivité relative
(1,
2,
5,
6).
Un échantillon de métal de micro hétérogénéité supposée
uniforme,
placé dans un sol supposé uniformément micro hétérogène
est l'objet d'attaques d'aspects divers.
La corrosion peut être
uniforme,
la profondeur du métal altéré étant fonction du métal,
du sol,
de la nature et de la structure des produits de corrosion.
Il peut y avoir aussi corrosion ponctuelle par piqOres ou par
cratères sur des petites surfaces. Dans tous les cas i l s'agit de
phénomènes électrochimiques et on peut parler d'agressivité absolue.
Si les propriétés du sol sont naturelles c'est-à-dire non modifiées
par l'apport de l'homme,
i l s'agit d'agressivité absolue naturelle.
Les sols contaminés ou artificiels sont doués d'une agressivité
provoquée par des circonstances étrangères à leur nature.
L'agressivité absolue provoquée peut être permanente,
occasionnelle
ou intermittante.
Lorsque l'agressivité absolue ne suffit pas à expliquer
les phénomènes de corrosion observés quelque part dans un sol,
on
dit que celui-ci présente une agréssivité relative.
Celle-ci est
due à certaines circonstances étrangères à la nature des sols et
non révélées par l'examen local physique ou chimique.
Les principales
causes d'agressivité relative sont:

1
-
13 -
1
~J
a)
l'existence des piles électriques de grande dimension.
1
lj
Ces piles sont d'origine diverses.
1
l
-piles d'origine géologique
: dans des terrains géologiquement
1
1
différents,
les électrolytes sont de nature différentes et les sup-
1
:jj
ports mineraux
(sols)
sont différents.
1
-
piles de concentration
: dans des terrains de même nature
géologique la teneur en eau peut être différente d'un endroit à
un autre d'où des concentrations inégales des électrolytes.
1
1
-
piles d'aération différentielle: dans un terrain l'aéra-
1
tion peut être nulle en certains points,
abondante en d'autres.

-
piles par contacts
: la constxuc~ion.. composite des structureE
1
j
souterraines peut comporter des couples galvaniques. Etc • • • •
1
Ces phénomènes de piles expliquent que les corrosions exté-
1
rieures ne soient jamais généralisées sur l'ensemble d'un réseau
i1
mais au contraire,
localisées dans certaines régions
(anodiques).
j
b)
l'existence de phénomènes d'électrolyse par courants
1
vagabonds.
Chaque fois qu'un courant continu quitte une structure métal-
lique pour rejoindre une autre en traversant un électrolyte ou un
milieu solide conducteur,
la région de la canalisation d'où s'échappe
le courant est une zone anodique:
elle est le siège d'un phénomène
de corrosion
(2,
4,
6,
7,
8).
Généralement les endroits ainsi cor-
!
rodés par voie électrolytique sont ceux où la résistance électrique
du sol est faible
(4).
La corrosion par courants vagabonds intervient
1
1
j
donc chaque fois qu'un courant électrique peut quitter une structure
métallique dans laquelle i l a pénétré. Les courants alternatifs
peuvent également donner lieu à ce type de corrosion,
avec une
importance accrue chaque fois
qu'ils sont redressés par exemple par
des oxydes présents dans le circuit.
Le phénomène de corrosion par courants vagabonds se produit
de préférence
:
-
au voisinage de réseaux de traction électrique
tramways,
trains.

-
14 -
-
à proximité de certains ateliers:
bacs d'électrolyse,
(nickelage,
chromage)
postes de soudure etc •••
-
près de secteurs farce
et lumière
:
courant continu,
-
aux abords d'installations électriques défectueuses.
(2, 4, 6, 7).
III -
Méthodes classiques d'étude de la corrosion des métaux dans le s
Des méthodes variées ont été mises au point et utilisées pour
tester le comportement des métaux dans le sol.
Nous rappellerons
brièvement les principales d'entre elles.
Il est évident que la résistance de l'électrolyte est l'un
des facteurs qui affectent l'amplitude du courant associé à la cor-
rosion.
Si les autres facteurs sont supposés constants,
i l y a une
relation entre la résistivité du sol et la corrosion.
La corrélation
généralement admise par de nombreux techniciens est la suivante
:
Résistivité
en 1L.cm.
Agressivité du sol
========================F=====================
e < 1000
très forte
1000 < e< 2500
forte
2500 < e< 5000
moyenne
5000 < e< 10 000
faible
f > 10 000
négligeable
Tableau'II
Résistivité et agressivité des Sols.
Cette méthode consiste à mettre en terre un grand nombre
d'échantillons de métaux à tester préalablement pesés,
à retirer

-
15 -
un petit nombre d'entre eux à des intervalles de temps variables
plus ou moins longs,
et à déterminer la diminution de masse par une
nouvelle pesée après un nettoyage soigneux des salissures
(1,
5).
La perte de poids ~m permet d'atteindre la vitesse de cor-
rosion selon lm lois de Faraday par la relation
~m = M i corr t
Fn
où M est la masse atomique en g du métal de valence n,
t
le temps
d'exposition en secondes,
F le faraday,
l'intensité du courant de
corrosion i
étant exprimée en ampère.
corr
Cette méthode fournit probablement la meilleure approche
dans la détermination de l'agressivité d'un sol vis-à-vis d'un
métal donné.
Cependant elle comporte un certain nombre d'inconvénients:
elle necessite un temps long et l'emploi d'un nombre élevé d'échantil-
lons. D'autre part à moins que beaucoup d'échantillons ne soient
retirés pendant les premiers mois d'exposition,
on n'a aucune idée
sur les vitesses de corrosion initiales qui peuvent être déterminantes
et produire le maximum de corrosion.
Aux Etats Unis par application de cette méthode,
le National
Bureau of Standard
(NES)
a entrepris de 1910 à 1955 des études de
longues durée sur la corrosion des métaux dans les sols
:
36 500
échantillons représentant 333 variétés de métaux ferreux et non fer-
reux ont été placés dans 128 sites différents.
Les résultats complets
ont été consignés par M.
Romanoff dans un rapport qui constitue un
document important par le nombre élevé de références et des résultats
numériques qu'il
fournit.
1
1t
1
Le pH est une c3ractérietique limitée dans sa signification
l
et valable uniquement pour l'acidité du milieu au moment de la
1
mesure.
Ce n'est donc pas une variable intégrante.
Ainsi,
même en
considérant l'acidité totale,
le pH n'est pas une caractéristique
déterminante pour tester l'agressivité absolue d'un sol.
On admet
cependant que celle-ci a tendance à augmenter quand le pH diminue

-
16 -
avec une teneur croissante en acidité libre.
I~ais le pH peut sur-
tout servir à corriger les prévisions issues des variables inté-
grantes dont la résistivité électrique est la plus significative
( 2 ) •
Le potentiel d'oxydo réduction ou potentiel redox
est le
potentiel que prend un métal inerte c'est-à-dire inattaquable
(Pt)
par rapport à un électrolyte donné.
Il n'est pas caractéristique
du métal mais dépend essentiellement du milieu
:
nature des espèces
présentes, concentration,
température etc...
(1,
2,
5,
7).
Certains chercheurs donnent beaucoup d'importance au
potentiel redox
dans la prévision de l'agressivité des sols.
L'inconvénient est que cette grandeur varie très vite et dans de
larges limites dans les milieux qui nous intéressent ici. Les
résultats des travaux des chercheurs américains 5tarkey et Wight
(9) sur les potentiels redox
ont conduit à l'établissement des
critères suivants:
Potentiel redox
du sol
Classification d'agressivité
(pH = 7)
Au-dessous de + 100mV/E.C.5
Agressivité forte
de 100 à 200 mV/E.C.5.
"
modérée
de 200 à 400 mV/E.C.5.
"
faible
.
Au-dessus de 400mV/E.C.5.
"
négligeable
Tableau III
Potentiel redox
et agressivité des Sols.

- 17 -
-
CHAPITRE
II -
METHODES ELECTROCHIMIQUES -
CONDITIONS EXPERIMENTALES
En raison de la nature électrochimique de nombreux processus
de corrosion,
les méthodes électrochimiques sont devenues un outil
très usité pour l'étude de la corrosion. Dans notre étude les
techniques principales employées ont été
-
la mesure du potentiel de corrosion,
!
i
le tracé des courbes courant-tension,
dites courbes
j
potentiocinétiques,
-
la mesure de la résistance de polarisation Rp
1
-
la détermination des pentes de Tafel.
J
Nous indiquerons maintenant les fondements théoriques des
i
différentes méthodes utilisées ainsi que les conditions expérimentales
d'étude.
l
-
Méthodes électrochimiques d'étude de la corrosion.
1 2 )
Courbes courant-tension.
-----------------------
Les courbes intensité-potentiel donnent en ordonnées la
variation de l'intensité du courant qui circule entre l'électrode
à étudier et une électrode auxiliaire,
en fonction du potentiel
imposé à l'électrode à étudier porté en abcisses et repréré par
rapport à une électrode de référence:
c'est la méthode potentio-
cinétique
(8).
Le potentiel imposé au métal est fourni par un
potentiostat. On peut aussi obtenir les courbes courant-tension
par la méthode intentiocinétique dans laquelle on fait varier

- 18 -
1
E
b
F i ~1. - 0 i ft é r e nts types
de_ courbes
intensité- potentiel
E
Fig.2. - Courbe intensité-potentiel
d ans le cas où le métdl pe ut se
passiver

-
19 -
l'intensité du courant qui circule entre l'échantillon-métal et
la contre électrode ou électrode auxiliaire,
et on enregistre la
variation de potentiel pris par le métal.
La méthode potentiocinétique convient lorsque à une forte
variation de potentiel correspond une faible variation d'intensité
(fig.1-a)
;
on utilise en revanche la méthode intentiocinétique
lorsque,à une faible variation de potentiel, correspond une forte
variation d'intensité
(fig.1-b).
Les valeurs du potentiel de corrosion E
et l'examen
corr
des courbes globales courant-tension permettent souvent d'obtenir
des renseignements sur le comportement d'un métal plongé dans une
solution électrolytique donnée
(8, 10).
La mesure du potentiel
de corrosion indique dans certains cas si le métal se trouve à
l'état actif ou à l'état passif. Les courbes courant-tension
renseignent sur l'aptitude du métal à la passivation révélée lorsque
la courbe de polarisation anodique présente un maximum d'intensité
i l y a alors formation d'un film protecteur à la surface du métal.
(figo2).
Il faut noter que l'allure des courbes et le potentiel de
corrosion correspondant sont très sensibles à un certain nombre de
facteurs
(état de surface~ structure, agitation, impuretés ••• ),
ce qui complique l'interprétation des expériences effectuées dans
des conditions aussi réelles que possible.
Deux méthodes électrochimiques permettent le calcul de la
vitesse de corrosion d'
n métal.
La première méthode est fondée
sur l'extrapolation de la partie linéaire de la relation de Tafel
au potentiel de corrosion
; la seconde porte sur la mesure de la
résistance de polarisation Rp.
Considérons un système redox
ox + ne
Red

- 20
-
La réaction de réduction donne un courant négatif :
i
= i
la réaction d'oxydation donne un courant positif
red
i
= i+
ox
A l'équilibre E = E, • potentiel d'équilibre et
eq
i
= i+ + i- = 0
d'où
1 i+ 1 = 1. i-I = i o
courant d'échange.
On montre qu'en fonction de la surtension ~ = 6E
on a
( 1-0: ) nF n
RT 'J
.
.
.
o:nF r'\\
1
~ox = ~+ + ~o e
RT'
avec 0 < 0: <
o:nF~
-
(1-0:) cl:."
d'où
i
= i+ + i_ = i o (e
RT
-e
RT 1)
L'analyse mathématique de l'équation donnant le courant montre
que :
a) pour des surtensio~ très faibles
(~~ O=),les courants
sont aussi faibles.
On peut linéariser les termes exponentiels.
On obtient
(1-0:)nF n ]
+
RT"
nF
soit
'RT1
Lac 0 u r b e i.f:'":: 1;Ît~ est une d roi te. 0 n une loi d' 0 hm a ppar e nt e
'-, _'"
4/ ...."'4~
,'~'~';'
'.,' /
, \\ i '..
;:i '~'/c~~1:l.'\\~~::~'PI
avec Rf =
n~;o
~
1
_
'!:'
Du poin" J-g",. ~:3' ~, ... ique réactionnelle, plus R-p
est élevée, plus
, .
" .
i o est pei:' f. donc: plus le système est lent et inversement.
b) Pour des surtensions élevées:
'1 très différent de
zéro.
1er cas
~ «O.
C'est le courant de réduction qui l'emporte
i=-ioex p [-
(1-~~nFÎ]

-
21 -
en valeur absolue on a
(1-cx:)nF n
Log i = Log i o
RT
1
2ème cas : ~ »
O. C'est le courant d'oxydation qui l'emporte:
i = i
e
~t\\
o
RT'
en valeur absolue on a :
a:nF t'\\
Log i = Log i o +
RT'
on retrouve la loi empirique de Tafel
~ = a + b Log i
a, b constantes.
RT
RT
.
si ~ «
,
0
Log i

b

a =
=
(1-a:)nF
0
(1-a:)nF
RT
RT
si ~ » 0 :
a = -
Log 1

,
b
0
=
a:nF
a:nF
Lorsque les réactions électrochimiques sont contrôlées
par l'énergie d'activation, leur cinétique obéit à la loi de Tafel
~ = a + b Log l
Si on trace la courbe Log l
= f(~ ) on obtient une droite,
anodique ou cathodique suivant le cas, lorsque la réaction anodique
ou cathodique intervient. On peut déterminer la valeur de l'intensité
du courant de corrosion en extrapolant .la droite de Tafel~ anodique,
cathodique ou les deux à la fois jusqu'au potentiel de dissolution
(fig. 3).
La loi
de Tafel n'est valable que dans un domaine de
potentiels assez éloigné du potentiel d'~quilibre ou du potentiel
de corrosion pour une électrode attaquée. L'obtention des droites
de Tafel requiert les critères suivante :
- réaction contrôlée par l'énergie d'activation
-
élimination des autres types de polarisation (concentration
ohmiq ue) •

22 -
L'agitation empêche la surtension de concentration plus fréquente.
-
réaction unique dans la zone des potentiels correspondant
à la partie linéaire de la relation de Tafel. Sinon la courbe
l = f(E) ne comporte pas de portion linéaire.
Wagner et Traud
(11)
ont montré théoriquement que les métaux
qui se corrodent devraient présenter une relation linéaire entre le
courant appliqué et le potentiel
,
au voisinage du potentiel de
corrosion.
C'est la base de la méthode de polarisation linéaire pour
la détermination des vitesses de corrosion.
L'inverse de la pente
~ a les dimensions d'une résistance: c'est la résistance de
~èlarisation Rp • La résistance de polarisation varie en raison in-
verse de l'intensité du courant de corrosion i
• M. Stern et
corr
L. Geary (12) ont précisé mathématiquement la relation qui existe
entre la résistance de polarisation R
et l'intensité du courant
p
de corrosion i corr
2,3 i
(Q +Q
) = Rp
corr t-'a
t-'c
où ~E est la surtension,
~
et ~
est la pente de Tafel anodique et
a
c
cathodique respectivement.
Cette relation est obtenue en considérant
une électrode inattaquable plongeant dans une solution contenant un
système oxydo-réducteur. Si on impose une
faible
polarisation ~E
à l'électrode, le courant résultant ~I sera dans le cas d!une po-
larisation cathodique par exemple
~I = i
-
i
c
a
i
et i
étant les intensités des courants anodique et cathodique
a
c
relatives aux réactions élémentaires correspondant à la polarisation
~E. Si les cinétiques réactionnelles sont contrôlées par la pola-
risation d'activation les intensités i
et i
obéissent à la loi de
a
c
Tafel.
+
+
1
~ log
~ Log
2,3

-
23 -
i
est le courant d'échange.
o
En considérant les pentes des droites de Tafel ~a et ~c on
peut écrire :
- 2,3 6E/~a
i
i
=
e
a
0
+ 2,3 6E/~c
i
= i
e
c
0
d'où
2,3 6E/~
-
2,3 6E/~a
c
61 = i
-
i
= i
(e
e
)
c a o
Si la surtension est faible comme i l a été dit, on obtient
moyennant un développement limité, une expression approximative,
sachant que
2
3
x
1
L-
_x_
e
=
+ x +
+
+
2!
3 !
•••
2
3
-x
e
= 1 - x + L-
Lo
+
2!
3 !
•••
soit
61 = i
x 2,3 6E (-L +
-L)
0
~c
~a
~a + ~c
= 2,3 i
6E
0
~a
~c
on aboutit à l'équation de Stern -
Gearyo
2,3 i
(~ +~ )
o
a
c
Pour une électrode attaquable le courant de corrosion est
analogue au courant d'échange d'une électrode inattaquable.
2,3 i
(r.l +i=l )
corr t-'a t-'c
Habituellement, la résistance de polarisation est exprimée
2
en ohm cm , les pentes de Tafel en mV par décade logarithmique,
2
l'intensité du courant de corrosion en mA/cm •

-
24 -
L'équation de Stern -
Geary est une approximation valable
seulement si le potentiel de corrosion est éloigné des potentiels
réversibles des réactions d'oxydation et de réduction qui contrôlent
le phénomène de corrosion.
Une abondante littérature a été produite sur les méthodes
électrochimiques d'étude de la corrosion et principalement sur la
méthode dite de polarisation linéaire. Des efforts systématiques
ont été entrepris pour tester et discuter des techniques électro-
chimiques afin de les améliorer.
Cela a donné lieu à une série de
travaux sur le plan théorique et expérimental.
C'est ainsi que récemment,
Keith E.
Oldham et Florian
Mansfeld
(13),
critiquant le terme de linéarité accolé à la notion
de résistance de polarisation,
ont établi une équation exacte de
la pente de la courbe potentiel-courant et proposé de nouvelles
formules qui sont des approximations plus générales,
valables dans
toutes les conditions,
avec une erreur ne dépassant pas 30%.
En revanche J.
Hissel
(14)
contestant la critique précédente
du moins dans la méthode de résistance de polarisation à deux
éléctrodes a montré que dans tous les cas la relation obtenue entre
la différence de potentiel et la densité du courant à proximité du
potentiel de corrosion est pratiquement linéaire dans un domaine
de surtension relativement étendu.
G. Palombarini,
L.
Felloni et G.P.
Cammarota
(15)
ont aussi
admis,
que beaucoup de courbes de polarisation calculées et expé-
rimentales peuvent raisonnablement être assimilées à une ligne
droite au voisinage du potentiel de corrosion quand les suppositions
simplificatrices de Stern -
Geary sont satisfaites.
En outre le
domaine où l'on peut admettre des cinétiques approximativement
linéaires est plus étendu quand les valeurs des pentes de Tafel sont
élevées et voisines l'une de l'autre mais non identiques.
Rodney L.
Leroy
(16)
a montré pour sa part que la méthode
de polarisation linéaire pour la détermination des vitesses de cor-
rosion reste valable dans un domaine étendu de systèmes corrosifs,

- 25 -
bien que les courbes de polarisation ne soient pas strictement
linéaires au potentiel de corrosion.
Il a proposé dans le même
temps un critère de
validité de la méthode à partir des données
expérimentales à savoir que,
étant donnée une série de mesures de
i
et ~E dans un domaine donné de surtension, la méthode des moindres
carrés permet de tracer la meilleure droite possible passant à
travers les points expérimentaux. Si la pente de cette droite est
égale à la tangente à la courbe de polarisation au potentiel de
corrosion dans les limites d'une erreur acceptable, la méthode de
polarisation linéaire est valable pour le système étudié.
Plusieurs méthodes pour évaluer le courant de corrosion à
partir des mesures de polarisation ont été mises au point. Dans un
travail récent,
Rodney L.
Leroy
(17)
a examiné de façon critique
plusieurs d'entre elles,
tandis que B. B andy et D.A. Jones
(18)
se sont intérresés aux problèmes liés aux différentes techniques
instrumentales couramment utilisées.
Dans notre étude nous avons supposé que les conditions de
Stern et Geary sont satisfaites.
La méthode de mesure de résistance de polarisation est
avantageuse par rapport à la méthode d'extrapolation des droites
de Tafel du fait de la rapidité de la mesure de R
toujours possible
p
quelles que soient les conditions opératoires.
Si l'une des pentes
de Tafel,
~c par exemple, devient infinie, la formule de Stern -
Geary reste encore valable.
Elle s ' é c r i t :
~a
i
=
corr
2,3 Rp
La méthode d'extrapolation des droites de Tafel ne peut en
!
principe être retenue que si la détermination par l'expérience des
j
deux pentes
~
et ~
est possible. En revanche la résistance de
j
a
c
polarisation peut être mesurée même si on ne connaît pas à priori
1
les pentes des droites de Tafel ~
et
~
en utilisant par exemple
1
a
c

- 26 -
la méthode proposée par Keith B. Oldham et Florian Mansfeld
(19)
au voisinage du potentiel de corrosion ou celle avancée par Florian
Mansfeld
(20)
dans le domaine des surtensions élevées. Dans tous les
cas la mesure de la résistance de polarisation,
bien qu'elle ne
permette pas de connaître la valeur du courant de corrosion,
donne
une idée assez précise de la vitesse d'attaque d'un métal. Dans la
méthode d'extrapolation des droites de Tafel,
pour atteindre la partir
rectiligne de la courbe Log i
= f(6E) l'échantillon subit une polari-
sation élevée qui risque de modifier son état de surface.
Cela
explique entre autre la non reproductibilité des pentes anodiques
de Tafelo
Aussi utilise-t-on plutôt les courbes de polarisation
cathodique pour le calcul de la vitesse de corrosion
; encore que là
aussi on peut observer une modification de l'état de surface de
l'échantillon.
En revanche dans la méthode de polarisation linéaire,
du
fait que les valeurs de potentiel imposé à l'électrode de travail
sont très voisines de celle du potentiel de corrosion,
l'influence
de la polarisation est négligeable pendant la durée de la mesure.
Quant à la précision des
résultats obtenus par les deux
méthodes,
les auteurs s'accordent à admettre des écarts ne dépas-
sant pas 20%.
Cependant pour notre part l'écart moyen est de l'ordre
de 25%.
La principale cause d'erreur faite sur la mesure expérimentalè
de la résistance de polarisation est due à la variation parfois très
rapide
(après immersion de l'échantillon) du potentiel de .corrosion.
L'intensité du courant résultant,
variable avec la valeur du poten-
tiel de corrosion se stabilise difficilement et on obtient des ré-
sultats peu reproductibles
(10).
A l'erreur introduite D8r R
s'ajoute l'erreur introduite
p
par la détermination des pentes de Tafel quand on calcule l'intensité
du courant de corrosion par la méthode de polarisation linéaire.
Dans notre étude nous avons estimé les pentes de Tafel de
trois façons différentes selon le cas.

-
27 -
Fig. 3- Détermination de lintensité du courant
de corrosion par extrapolation des droites de Tafel
logi
,
100~",,'~----------------------
tOl-------4J~+-_nt--------
~
1
Ed
1
i
.3.a- 2 droites deTafel
1
î1
l
logi
toOll---~,.....------------_:--
\\
~1
1
1
1j
i
E
,1
-3.b-une droite de Tafel
'1
1
logi
t
1ooL----------------//~
1
/
/
j
'1
l
1J1J~
E
-3. c _ pas de droites de Tafel nettes

_
28 _
-
1er cas:
on obtient 2 droites de Tafel.
Les pentes
s'obtiennent sans difficulté
(fig.
3-a).
-
2ème cas:
on a une droite de Tafel
(anodique par
exemple).
Après extraction anodique au potentiel de corrosion on
trace du point extrapolé la tangente à la courbe de polarisation
cathodique
(fig.
3-b).
-
3ème cas:
on n'a pas de droite de Tafel nette
on
considère les pentes maximales en traçant les tangentes aux courbes
de polarisation anodique et cathodique,
correspondant aux surtensions
les plus élevées.
On obtient ainsi une valeur maximale de l'intensité
du courant de corrosion
(fig.
3-c).
Dans le cadre d'une expérience de longue durée entreprise
sue le même sujet mais pour des objectifs plus pratiques la méthode
classique de perte de poids a été associée à l'étude,
en marge des
méthodes électrochimiques. La comparaison des résultats des deux
méthodes donne un écart moyen de 30%, ce q!Ji est satisfaisant et appor-
une preuve supplémentaire de la validité des méthodes
électrochimiques
à l'étude de la corrosion des métaux enterrés
(21).
II -
Conditions expérimentales et appareillages.
De façon
générale nous avons travaillé en milieu à aération
non renouvelée.
L'électrolyte étant du sol,
aucune agitation au
sens habituel n'était possible.
Nous avons utilisé une cellule à
trois électrodes pour les mesures de vitesse de corrosion.
Les
échantillons à tester étaient placées horizontalement,
la face
exposée tournée vers le haut.
Le milieu corrosif était constitué
par un sel naturel ou un sol artificiel.
a)
Cellule de mesure.
La figure
n Q 4 montre le schéma de la cellule utilisée.

29
~~t--résine durcissable
.~.
........--_électrode de
référence:Pt
oîte en ma-
tière plastique
résine
électrode de travail
Zn
Fig.4 - Cellule de mesure

-
30 -
L'électrode de travail constituée par une
tôle d'acier
galvanisé à 60 um de zinc,
posée dans une boîte en matière plastique
constitue le fond
plat de la cellule sur une surface circulaire
2
de 15 cm • La surface exposée est en effet délimitée par un tube
en polychlorure de vinyle
(PCV).
L'ensemble est maintenu en place
par de la résine polymérisable.
L'électrode de référence est constituée par une très mince
lamelle de platine orientée parallèlement à l'échantillon de métal
et placée à environ 10 mm de ce dernier.
L'électrode auxiliaire ou contre électrode est une rondelle
en acier inoxydable Z 3 CND 17-13 placée horizontalement,
à la
partie supérieure de la cellule.
La cellule est rendue
étanche par une double couche de
paraffine et de résine;
ceci a l'avantage de maintenir la teneur
en eau du sol constante dans la cellule et d'empêcher l'accès de
l'oxygène atmosphérique.
Cette cellule de base a subi des modifications plus ou
moins importantes lors de certaines expériences particulières sur-
tout en ce qui concerne les échantillons,
les électrodes de référence
les électrodes auxiliaires,
les électrolytes,
l'aération etc • • • •
Ces modifications seront indiquées au fur et à mesure de l'exposé.
b)
Echantillons.
Dans quelques unesde nos expériences nous avons utilisé des
échantillons de zinc pur 99,99% enrobés dans la résine et polis
manuellement au papier 600.
Pour le reste ce sont les électrodes en
aciers galvanisé déjà mentionnées qui ont servi pour notre
étude.
Elles ont été utilisées à l'état "brut de réception" sans traitement
de surface ou thermique particulier.
c)
Electrodes de référence.
Elles étaient en platine,
lames ou fils selon le cas.
Une
discussion ultérieure
justifiera le choix de ce matériau particulier
comme électrode de référence.

-
31 -
d)
Electrodes auxiliaires.
Destinées à faire
passer le courant à travers la cellule,
les électrodes auxiliaires ou contre électroees étaient en général
en acier inoxydable ou en fil de platine dans certains cas particuliers.
e) Electrolytes.
A une exception près l'électrolyte généralement utilisé a
été du sol.
Mais pour apprécier les méthodes qui assimilent l'extrait
de sol au sol lui-même,
nous avons été amené à
travaille~ aussi en
milieu liquide.
Nous préciserons davantage les conditions expérimentales
d'étude dans les parties intéressées.
Les mesures de résistivité et partant de conductibilité
électrique
ont été faites
par la méthode classique du pont de
Kohlrausch.
La cellule œ mesure est une boîte parallélépipèdique
chaque petit côté vertical constituant une électrode en acier in-
oxydable pouvant être reliée électriquement à un pont de mesure.
On remplit la boîte jusqu'à ras bord avec le sol à étudier après
un compactage convenable et on mesure la résistance R du sol
1
compris entre les .deux électrodes.
1
l
R = e 5
e est la résistivité du sol, l la longueur intérieure de la
boîte,
5 la surface intérieure d'une extrémité de la cellule. On
en déduit la résistivité du sol.
Pour l'étude de la corrosion électrochimique proprement dite
l'appareil utilisé a été un potentiostat
de type corrovit.
C'est
un ap~areil spécialement conçu pour cette étude
:
Le corrovit
réunit en un seul appareil tous les circuits électroniques nécessaires

- 32 -
pour la mesure de
la résistance de polarisation
;
i l permet ainsi
la détermination des vitesses de corrosion par la méthode de Stern
ou méthode de résistance de polarisation.
Il permet en outre le
tracé des courbes courant-tension ou potentiel-temps avec une grande
sensibilité et une précision élevée.
Le corrovit fonctionne en modes potentiostatique et galva-
nostatique et i l peut être utilisé en régime statique ou dynamique.
Le principe de fonctionnement en utilisation potentiostatique est le
suivant:
un potentiel constant est imposé à l'électrode de travail
représentée par l'échantillon à étudier;
la valeur de ce potentiel
peut être ajustée grâce à
une source de tension interne.
Ce potentiel
doit être égal en valeur absolue mais de signe opposé au potentiel
d'équilibre de l'échantillon.
Alors le courant à travers la cellule
est nul.
On applique ensuite à l'électrode de travail,
au moyen
d'une unité pilote incorporée,
une variation d'amplitude définie ~E
choisie au moyen d'un commutateur à 8 positions:
0 -
1,25 -
2,5 -
5 -
12,5 -
25 -
50 -
125.
En effet le domaine de potentiel balayé
par le corrovit ne dépasse pas ~ 125 mV à partir du potentiel de
corrosion E

Le courant qui traverse la cellule est mesuré par
corr
un amplificateur de courant dont la sortie est couplée par l ' i n -
termédiaire d'un circuit d'amortissement ajustable
(utilisé lorsque
le potentiel n'est pas stable)
à un instrument indicateur situé
sur la face
avant du corrovit a
L'amortissement influe sur la valeur
de la vitesse de polarisation. Pour le tracé automatique des courbes
deux sorties
(tension et courant)
sont prévues pour le raccordement
à
un enregistreur XY.
Selon un principe analogue,
le potentiostat peut être utilisé
en mode galvanostatique ou intensiostatique
:
dans ce cas on impose
une variation de courant ~I et on mesure la variation de potentiel
~E correspondante.
Dans notre étude nous
avons généralement utilisé le corrovit
en mode potentiocinétique.
Les courbes courant-tension on été
enregistrées automatiquement au moyen d'un enregistreur XY.
L'ad-
jonction d'un amplificateur logarithmique sur la sortie Y nous a
permis d'enregistrer directement les courbes log i
= f(~E) sur un

-
33 -
Enregistreur X - Y
t
y
X
Amplificateur
-0--+------+---0=
(
logarithmique
)
Millivolt mètre
Inverseur
Anode-Cathode
CORROVIT
-
!i
Hlt-,It--i f-
t
électrode de référence ._'---r-- ...... -...
électrode contrôlée - _.•.• - • .,:; -
1
contre électrode ......••••••••. 1..-
- - '
1
Cellule de
l
mesure
!l
1
:1j
Fig. 5 - Schéma du montage potentiociné.
tique
utilisé

-
34 -
papier semi logarithmique.
Un réglage particulier nous a permis de
balayer un domaine de potentiel de 250 mV pour le tracé de chacune
des courbes de polarisation
(anodique et cathodique).
Après des essais préliminaires sur l'influence de la
vitesse de balayage sur la résistance de polarisation et l'intensité
du courant de corrosion,
nous avons adopté la vitesse de balayage
de 50 s/cycle pour tous les enregistrements.
Pour la détermination de la résistance de polarisation nous
avons imposé une surtension de = 5mV de part et d'autre du potentiel
de corrosion.
La figure 5 montre le schéma de principe du montage utilisé.
L'inverseur permet l'enregistrement des courbes anodiques et
cathodiques sans toucher au reste de l'appareillage. Le millivoltmètr
électronique possedant une très forte impédance d'entrée sert à
contrôler le potentiel de l'échantillon. La forte impédance d'entrée
du millivoltmètre est nécessaire pour éviter que le passage du
courant dans le circuit de mesure du potentiel de l'échantillon ne
perturbe la réaction électrochimique dont l'échantillon est le siège.

-
35 -
-
CHAPITRE III -
INfLUENCE DE L'HUMIDITE ET DE LA GRANULOMETRIE DU SOL
Nous avons vu que le sol est un milieu très complexe et
très actif. Ses nombreuses caractéristiques physiques, chimiques,
biologiques etc ••• doivent être prises en considération dans
l'étude du phénomène de corrosion. Cela rend difficile sinon
impossible une approche scientifique globale de la corrosion des
métaux et alliages dans le sol. Une telle étude qui déboucherait
sur la possibilité de déterminer exactement la corrosivité
(cor-
rectement définie)
des sols vis-à-vis des métaux reste à faire.
Jusqu'à présent les efforts accomplis dans ce sens ne constituent
que des approximations grossières,
relatives et limitées. A cette
fin on considère les caractéristiques principales (ou reconnues
comme telles) des sols. Au nombre de celles-ci on peut compter
l'humidité et la granulométrie dont nous allons étudier l'influence
à l'aide des méthodes qui viennent d'être exposées.
AI Influence de l'humidité du sol.
La corrosion dans le sol,
de par son caractère électro-
chimique, dépend de l'humidité du sol, de la présence et du re-
nouvellement d'agents oxydants au voisinage de la surface métal-
lique. C'est ce que nous allons voir par des expériences. Celles-ci
ont porté sur un sol dit de "référence" et sur des sols dérivés de
ce dernier,
à différentes teneurs en eau.

-
36 -
l -
Conditions opératoires.
1 2 ) Sol de référence.
================
Nous nous sommes fixé un sol de référence sur la base des
caractéristiques ci-après.
a)
Homogénéité :
Le sol de référence doit @tre le plus homogène
possible
c'est-à-dire constitué de particules de même nature à un fort pour-
centage. Le sol de référence ayant servi pour notre étude était
composé essentiellement de grains de silice.
b) Granulométrie.
Pour pouvoir étudier l'influence de la granulométrie i l
est nécessaire que le sol de référence puisse fournir un échantil-
lonnage de granulométries en quantité suffisante pour l'expérimenta-
tion.
c)
Agressivité.
Le sol de référence doit être le moins agressif possible.
L'idéal serait de pouvoir obtenir des droites de Tafel assez nettes
dès les premières mesures.
Pour ces diverses raisons nous avons adopté comme sol de
référence du sable préalablement lavé et séché.
Le sol de référence,
noté OG2, a été obtenu à partir d'un
sable naturel,
provenant du l i t de la Loire,
dont l'analyse chimique
a donné la composition suivante : 80% environ de silice ; 1,35%
d'oxyde de f e r ;
0,20% d'alumine;
0,20% d'oxyde de Titane
Ti0 2
0,35% d'oxyde de manganèse MnO
1,67% de chaux CaO;
0,56% de
magnésie MgO ; 1,4% d'oxyde de sodium Na 0 ; 3,55% d'oxyde de potas-
2
sium K 0 (Tableau 4).
2

-
37 -
Produits
Silice
Oxyde de fer
Alumine
Oxyde de Titane
Oxyde de
manganèse
%
80,28
1 ,35
0,20
0,20
0,35
Produits
Cheux
Magnl!sie
Oxyde de Sodium
Oxyde de
potassium
%
1 ,67
0,56
1 ,40
3,55
Tableau IV
Ana~yse chimique du sol non lavé.
D'autre part l'analyse de l'eau extraite du sol indique pour un
litre d'eau additionné à 1 kg de sol et en contact pendant 24 heures:
un pH de 7,10 ; une résistivité P = 9260!lcm
1,42 mg/kg de chlo-
rures (Cl-)
; 55,00 mg/kg de nitrates (N0 -)
; 14,70 mg/kg de sul-
3
fates (S03)
(Tableau 5).
pH
CI-
NO -
Sulfates
Sulfures
(.0. cm)
(mg/kg)
(mg1kg)
S03(mg/kg)
7,10
9260
1 ,42
55,00
14,7
0
Tableau V
Caractères électrochimiques et chimiques de l'eau
extraite du sol.
a) Lavage du sol.
Voici le mode opératoire.
On attaque l'échantillon de sol par l'acide chlorhydrique
technique. On porte à ébullition sous hotte afin de solubiliser
le maximum de sels. L'agitation manuelle ou magnétique permet
d'homogénéiser la température du bain. Ensuite on lave abondam-
ment à l'eau de robinet. On recommence deux ou trois fois la
manipulation. On obtient un sol moins hétérogène quant à la nature
des particules solides, mais contenant une forte concentration

-
38 -
d'ions Cl- (provenant de HCl),
ce qui augmente beaucoup l'agressivité
du sol. Afin de réduire la concentration des ions Cl-,
on lessive
le sable par un courant d'eau continu pendant un temps assez long.
Pour terminer on procède à un lavage fin à l'eau distillée et per-
mutée.
Il est plus commode pour ce dernier lavage de procéder par
petites quantités de sol.
b)
Contrôle de"propreté~
I l se fait par mesure de résistivité et de pH de l'eau avant
et après lavage du sol. Le contrôle des ions Cl
se fait par addition
de AgN0
dans l'eau provenant du lavage.
Au sortir de la colonne
3
échangeuse d'ions, l'eau distillée d en moyenne un pH égal à 7,05
et une résistivité r = 1 400 OOO~cm. Nous avons retenu comme
critères de propreté du sol
-
un pH compris entre 6,5 et 7,5
-
une résistivité au moins égale à 1 000 ooo~cm pour l'eau
ayant servi au lavage. A ce stade, le
test de contrôle des ions Cl
est presque inutile. Le contrôle de "propreté" du sol intervient
dans la phase ultime du lavage. Le sol reconnu "propre" est séché.
c) Séchage du sol.
Les échantillons de sol "propre" sont mis à sécher dans une
étuve maintenue"
à 100 2 C.
Le sol est alors prêt à l'expérimentation.
On aura soin de le préserver au maximum de la pollution par l'atmos-
phère pendant et après séchage.
Le sol naturel de départ,
noté ON, est prélevé à travers un
tamis
de 2mm.
Il offre par tamisage
fin deux granulométries
intéressantes du point de vue quantitatif,
d'où l'on obtient deux
sols possibles,
dérivés du sol de référence noté oG2 dont la gra-
1
nulométrie va de 0,250 à 2mm: i l s'agit du sol noté DG
de 0,250 à
2
o,Soomm et du sol noté oG
de o,Soomm à 2mm.
3 2 ) Teneur en eau du sol.
====================
Nous préciserons quelques notions servant à caractériser
l'humidité du sol.

- 39 -
a)
Volume de saturation totale
(ou absolue)
Vs
Nous entsndons par volume de saturation totale,
vS' le volume
de porosité,
v
,
défini plus haut,
c'est-à-dire «
le volume des
p
espaces vides»
contenus dans une masse donnée de sol supposé
rigoureusement sec.
En d'autres termes,
c'est la quantité d'eau
nécessaire à combler tous les espaces non occupés par les particules
solides qui composent le sol.
Donc:
b) Rapport de saturation
:
r S
En pratique pour un sol ordinaire les espaces "vides" sont
en partie ou totalement occupés par de l'eau. Soit une masse m de
sol sec, Vs son volume de saturation totale. On définit le rapport
de saturation par l'expression
x 100
m
C'est le pourcentage en masse de la quantité d'eau nécessaire
pour avoir la saturation totale du sol.
Un exemple :
pour 400g
de sol de référence on trouve un volume de saturation totale égal
à 90CC,
ce qui donne un rapport de saturation égal à
90
r
(OG2) = ---- X 100 = 22,5%
S
400
c)
saturation relative S.
Etant donnée une masse de sol sec dont on connait le volume
de saturation vS'
si on ajoute un volume v quelconque
d'eau,
on
peut avoir trois cas possibles
v < Vs ; v = Vs ; v > Vs
on définit la saturation relative S par le rapport
s=
v
=...JL..
Vs
v p
Dans la suite de notre
travaiL nous parlerons simplement de saturation

- 40 -
pour désigner la saturation relative.
Ainsi pour
s = 0
v = 0
saturation nulle d'où sol sec.
.
S = 1/2
v = v /2
saturation 1/2
S

.
S =
v = Vs
saturation 1 (totale)

S = 2
v = 2 vS: saturation 2 (sursaturation).
La connaissance du volume de saturation totale permet de réaliser
des sols présentant différentes saturations relatives en eau.
4 2 ) Détermination du volume de saturation totale.
============================================
Pratiquement nous avons déterminé le volume de saturation
totale par addition de l'eau, par petites quantités, à une masse
connue de sol préalablement desséché. On opère de cette façon lors
des expériences permettant de suivre la résistivité du sol en fonctio
de la teneur en eau. Nous avons extimé que la saturation totale était
atteinte lorsque de l'eau commençait à suinter au-dessus de la cellul
1
de mesure de résistivité à la suite d'opérations de tassement. On
conçoit aisément que cette valeur ne soit pas très précise d'où l'in-
térêt de répéter la manipulation un certain nombre de fois. La
valeur finale du volume de saturation totale étant la valeur moyenne
des résultats partiels.
II - Résultats expérimentaux.
Généralement, pour un sol donné,
nous avons réalisé des cel-
lules de saturation 1, 1/2, 1/4. Pour chaque cellule neus avons noté
en f~nction du tem,os le ,ootantiel de corrosion E
, la résistanca
corr
de pola±isation R , les pentes de ïafel ~a et pc, l'intensité du
p
courant de corrosion obtenue par la méthode d'extrapolation des
droites de Tafel, l'intensité du courant de corrosion calculée par
la formule de Ster~Geary et des observations utiles en cas de
nécessité.

Fig. 1 _ Cou.ant d. çorrosion .n fonction du
temps, granulom'lrl. çon.tant•.
l(fJAlcm2)
1(I.Alcm 2)
2
0.9r 1(I.A/cm )
1\\
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50
~~'-'
100
--::'''::-~~ .
150
I{J)

-
43 -
Nous avons obtenu les résultats suivants:
1 2 )
Courant de corrosion i
.
===================== corr
L'évolution de l'intensité du courant de corrosion avec le
temps aux différentes teneurs en eau est illustrée par la figure 6.
On note pour le sol OGE un courant plus important pour la saturation
1/2, un courant plus faible pour la saturation 1/4, la saturation
1 donnant des valeurs intermédiaires.
L'intensité a tendance à
1
2
augmenter avec le temps.
En considérant les sols OG
et OG
on relève
un certain
enchev8trement des courbes courant_temps surtout pour
les saturations 1 et 1/2. Pour les saturations 1/4 on obtient en
général des intensités de courant plus faibles que celles obtenues
2
pour les autres saturations. Pour le cas du sol OG
on a des intensités
de courant plus élevées avec la saturation 1 alors qu'avec le sol
1
OG
on note les plus forts courants tantôt pour la saturation 1/2,
tantet pour la saturation 1.
2 2 ) Perte de matière.
================
Il est peu commode de raisonner avec les courbes courant-temps
quand elles s'enchevêtrent les unes
les autres.
C'est pourquoi
i l nous a paru nécessaire,
pour permettre une meilleure comparaison
entre les différents cas traités,
de substituer aux courbes courant-
temps des courbes perte de matière-temps grâce à la loi d~ Faraday.
Mi
~m =
corr ..."
F.n
P
l
.
l
-4
our
e cas du z~nc ce a donne une perte de 107.10
9 par an pour
2
une densité de courant de 1 pA/cm
( ce qui correspond approximativement
à une diminution d'épaisseur de 15 pm).
Les constatations que l'on peut faire avec les courbes perte
cumulée de matière-temps recoupent largement les résultats obtenus
pour les courbes courant-temps
(fig.7).

- 4A -
Fig.8-R p en fonction du t emps
10
sato
o : 1/4
6 : 112
. : 1
- 8.a- sol OGo
5
RpX 10-
18
/0,
1 .
.
\\
1
.
°\\
1

°1
\\
°
J
\\0
A
,0...-
.
\\./\\f'\\,P'-o/OV·~ /'J '\\
\\--010
\\
100
150
_ 8. b - sol 0 G1
o
10
o
100
150
tu>
_S.C-soIOG 2

-
45 -
Avec le sol de référence OG2 on note la plus grande agressi-
vité pour la demi saturation. On obtient le même résultat qualitati-
2
vement, à la saturation 1 pour le sol 05 , tandis que pour le sol
1
OG , la plus grande perte est observée tantôt à la saturation 1/2,
tantôt à la saturation totale. Quelle que soit la granulométrie
du sol~ la saturation 1/4 correspond à la corrosion la plus faible.
La résistance de polarisation varie en raison inverse de
l'intensité du courant de corrosion. P~ur le sol de référence, Rp
a tendance à diminuer au cours du temps quelle que soit la saturation.
Mais comparativement on trouve des valeurs de Rp plus grandes pour
la saturation 1/4 ; ensuite vient la saturation 1, et enfin la
saturation 1/2.
1
Pour le sol OG ,
Rp a tendance à augmenter pour les saturations
1/4 et 1/2, à diminuer pour la saturation 1.
On a encore les plus
grandes valeurs de Rp pour la saturation 1/4.
2
1
Pour le sol DG
on a le même classement que pour le sol DG
Rp a tendance à croître pour les saturations 1/4 et 1/2 à diminuer
pour la saturation 1. La saturation 1/4 donne les valeurs les plus
grandes, la saturation 1 les valeurs les plus faibles,
comparativement.
Donc de façon générale la saturation 1/4 conduit à des valeurs
de Rp plus importantes,
comparés à celles obtenues avec les autres
saturations étudiées. Ce qui est tout à fait
conforme à ce que
l'on sait de l'influence de la teneur en eau des sols sur leur
caractère corrosif (fig. 8).
Nous avons noté pour chaque cellule le potentiel de dissolution
de l'échantillon en fonction du temps par rapport à une électrode
de référence au platine. La figure 9 donne l'allure des courbes
obtenues.

E
m V
cor
ECor mV
-500
-500
1
1
......--...-e- __e __e_e__ ._
...__ ..---.-.::::~~~~~_4~b:'b
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1
-9.b··sol 0 G
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Ecor mV
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-...--...._-.,,--e___
Fig.9 -, Potentiel de corrosion E
(
1
cor

1
.----.--e ._e--e"--
en fonction du temps.
1
1
0: sat. 1/4
•11,
A:
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1/2
1
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50
'
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t j
2
-9 .c" solO G

- 47 -
p
10S
5
Fig.10 .. Courbes de Résistivité Electrique
en fonction de la teneur en eau des sols
---.---: OG 2
4
1
-+--:OG
3
2
1
o
10
50
100
150
Vcc

-
48 -
Avec le sol de référence le potentiel se stabilise à une valeur
relativement bien constante après 15 jours environ. Les saturations
et 1/2 donnent des valeurs de potentiel du même ordre,supérieures
1
à celles obtenues avec la saturation 1/4. Avec les sols dérivés OG
2
et OG
ce sont les saturations 1/2 et 1/4 qui donnent des potentiels
du même ordre en comparaison de ceux obtenus pour la saturation 1.
52} Résistivité
============
La figure
10 donne l'allure des courbes obtenues en portant
sur un graphe la résistivité du sol en fonction du volume d'eau
ajouté au sol. En général on a des valeurs de résistivité élevées :
plusieurs dizaines de milliers d'ohm-cm au minimum;
cela correspond
à une faible conductibilité des milieux considérés et donc à de
faibles courants de corrosion.
III -
Interprétation.
On peut interpréter les différents résultats comme suit
Il est établi que la corrosion,
mesurée par l'intensité du
courant ou la masse de métal disparue au bout d'un certain temps,
passe par un maximum lorsqu'on fait croître progressivement la
teneur en eau du sol. En effet en général on observe les faits
suivants :
a)
Pour une saturation nulle
(5 = 0)
i l n'y a pas d'eau dans
le sol et pas de corrosion.
b}
Pour de faibles saturations le volume de porosité est
presque entièrement rempli d ' a i r : i l y a corrosion par oxygène.
c)
Pour des saturations élevées
(5 > 1) les pores sont remplis
d'eau
et l ' a i r se renouvelle lentement;
on est dans un régime
pratiquement désaéré et sauf présence de bactéries anaérobies la

- 49 -
corrosion est très lente.
Il est donc normal comme le dit Girard
(22)
qu'entre les faibles et grandes saturations la corrosion qui part
d'une valeur nulle ou faible pour
retrouver une valeur faible,
passe par un ~aximum. D'autre part le sol étant considéré comme
un électrolyte i l doit exister une saturation particulière pour
laquelle l'effet résultant de la concentration des sels dissous et
de la mobilité des ions sera le plus intense
à cette saturation
doit correspondre le maximum de corrosion.
Certains chercheurs estiment que le maximum de corrosion se
situe souvent au voisinage de la saturation 1/2.
La figure 11
montre l'allure des courbes donnant la perte de
poids en fonction de la saturation relative du sol. On les obtient
facilement à partir des courbes perte de poids-temps. Le sol de
référence se trouve etre plus agressif au voisinqge de la saturation
1/2 du moins au bout d'un certain temps qui ne dépasse pas 15 jours.
2
Pour le sol OG
le maximum de corrosion se trouve probablement au
voisinage sinan au-dela de la saturation totale ; i l en est de même
1
du sol OG
après 150 jours. Jusqu'à cette période en effet, le
maximum de corrosion se produit plut6t entre les saturations 1/2
et 1 pour ce sol. Ceci montre que la saturation pour laquelle on a
le maximum de corrosion
est mieux défini à partir des
courbes donnant la perte de poids de l'échantillon en fonction du
temps. En effet les courbes courant-temps donnent des valeurs
ponctuelles qui ne renseignent que sur l'activité du métal au moment
de la mesure. Les courbes donnant la perte cumulée de matière en
fonction du temps donnent par contre une information,
non plus
ponctuelle, mais intégrée
: on a à chaque instant la perte de poids
totale subie par le métal depuis le début de l'expérience.
On peut
traduire ce résultat par une expression mathématique qui,
d'après
la forme générale des courbes ~m = f(s) peut s'écrire:
~m
2
= As
+ Es + C
On sait que pour s = 0, ~m = 0 donc C = 0

30t âm X10~g)
4 9
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1

~
1/4
1/2
1
s
1/4
112
1 s
_fig.11
-- perte de masse en fonction de la saturation

-
51
-
D'autre part,
au maximum de la courbe,
on a
= 2 As + B = 0
d'où
s
=
B
.........
2A
Comme la saturation est toujours un nombre positif on obtient
finalement
6m = As (B-s)
A et B étant des constantes fonction des autres facteurs.
Les densités de courant sont généralement faibles,
ce qui
caractérise des milieux peu corosifs. En raison des précautions
opératoires qui ont été prises on peut penser que la corrosion
provient pour l'essentiel de l'oxygène dissous comme cela sera
prouvé plus loin. Aux faibles saturations i l y a moins d'oxygène
dissous et la conductibilité est aussi faible,
ce qui explique
q~'on ait des densités de courant encore plus faibles. En effet la
corrosion est fonction de la conductibilité du milieu et de la
présence d'agent oxydant. D'après les résultats des travaux de
nombreux chercheurs qui ont étudié le comportement du zinc dans des
milieux divers, i l est permis de penser que dans notre cas aussi la
corrosion donne lieu à la formation de produits comportant essentiel-
lement Zn(OH)2 et surtout l'oxyde de zinc ZnO
(23,
24,
25,,26, 27 ••• ).
La forme sinueuse des courbes réelles i
= f(t) peut être inter-
corr
prétée comme un renseignement sur le mécanisme de la corrosion du
zinc dans les sols
: le processus de corrosion ne serait pas continu
mais i l se produirait une suite d'attaques et de passivations du
métal. Ainsi à un moment donné i l y aurait un ce±tain nombre de
centres actifs et passifs qui ne seraient plus forcément les mêmes
l'instant d'après. De sorte qu'on peut s'attendre à une corrosion
généralisée. Cela explique qu'en dépit de la passivation (rôle dé-
célérateur de corrosion de l'oxygène)
la densité de courant ne
s'annule pas.

-
52 -
Compte tenu de la présence de particules solides en contact
avec le métal, le type de corrosion par aération différentielle
est important du moins dans la phase initiale{fig.
12).
eau
cathode
~_cathode
anod e ~r---_.r
- - - t - - anode
Fig.12 -- Corrosion aux recoins
Plus la résistance de polarisation est élevée,
plus le courant
de corrosion est faible.
C'est un résultat normal qui découle de
l'expression théorique formulée par Stern-Geary et reprise dans nos
calculs. Du reste ce résultat est encore vrai si l'on considère,
non plus l'intensité du courant calculée,
mais plutôt celle extrapolé
des droites de Tafel.
El Influence de la granulométrie du sol.
La seule considération de l'humidité à'un sol ne peut pas
rendre compte entièrement de l'agressivité du sol vis-à-vis des
métaux qui se trouvent à son contact.

- 53 -
D'un sol à un autre le comportement d'un même métal peut varier
de façon considérable pour la même humidité.
A l'origine de nombreux facteurs peuvent expliquer ce phénomène:
facteurs physiques,
facteurs chimiques,facteurs biologiques etc • • • •
D'autre part le phénomène de diffusion de l'agent oxydant à
la surface du métal
constitue un facteur important dans le domaine
de la corrosion par les sols. Parmi les facteurs_ qui peuvent
influencer la vitesse de diffusion dans le sol i l y a son aération,
sa teneur en
eau,
mais aussi sa granulométrie. Celle-ci peut in-
tervenir de plusieurs façons
: contact sol-métal, porosité,
drainage,
perméabilité, etc • • • •
Nous savons que dans notre étude, les expériences ont été faites
généralement en milieu confiné.
Les différents sols considérés ont
subi un traitement identique.
Il est donc permis de penser que,
en
première approximation, les écarts constatés proviennent essentiel-
lement de facteurs physiques,
notamment la granulométrie.
l - Variation de la porosité en fonction de la granolumétrie.
Sans vouloir faire
une étude détaillée on peut donner les
principes et les résultats essentiels.
On considère comme modèle théorique un sol composé de particules
sphériques identiques, dures et imperméables de rayon r. On démontre
que pour des sols dont les rayons des particules varient comme r/2,
r/4 ••••
(progression géométrique de raison 1/2) ou comme 2~, 4r •••
(progression géométrique de raison 2) la porosité p du sol reste
inchangée quelle que soit la granulométrie.
En effet si on considère une particule sphérique de rayon r
et le cube circonscrit de côté a = 2r, on a :

-
54 -
- Volume de la sphère Vo
-
volume du cube circonscrit v
Fig·13 - Porosité
v =
- d'où la porosité p telle qu'elle a été définie
3 3 3
v -
2 r
-
4/3 '\\Tr
rr
?
constante
=
=
3
= 1 -
3
v
2 r
6
La porosité est donc indépendante du rayon des particules'fig.1:
2 2 ) Résultats exoérimentaux.
=======================
La porosité ou rapport de saturation, déterminée comme indiqué
au paragraphe A,
a donné les résultats suivants:
1
2
Sol
OG2(réf)
OG
OG
ON
1
rS(5~)
22,5
25
26,25
21
1
i
ïableau VI: Rapports de saturation.
Les plus grands rapports de saturation correspondent aux sols
d ,
.
,
OG 1
t
OG 2
.
t
1
' ~ ,
DG Q •
er~ves
e
cornparat~vemen
au so_ de reTerence
- e t au
sol naturel ON qui donnent des valeurs plus faibles.
3 2 ) Interorétation.
==============
Les résultats trouvés s'interprétent facilement.
En effet, de
façon générale,
en pratique, les particules sol~des des sols ne sont
pas sphériques et encore moins de dimensions égales. Chaque grain
solide possède son relief particulier.
Il faut donc supposer que
les positions intersti~ielles peuvent être occupées par des particules
plus petites, ce qui diminue le rapport de saturation, donc aussi

-
55 -
la porosité du sol.
Cela amène à penser que plus la gamme
de granulométrie d'un sol sera étandue,
moins i l sera poreux. C'est
ce que les résultats expérimentaux permettent de constater.
Le sol
naturel qui offre évidemment la gamme de granulométrie la plus
étendue est le moins poreux. Ensuite, c'est
le sol de référence qui
offre un mélange plus important de granulométries différentes. Parmi
1
les sols dérivés,
celui noté OG
est plus diversifié que celui noté
2
OG
du point de vue granulométrique.
En conclusion on peut dire que si en théorie la porosité est
indépendante de la granulométrie,
i l se trouve qu'en pratique on
obtient le résultat contraire. Cela provient du fait qu'en général
un sol constitue un mélange plus ou moins étendu de particules solides
de granulométries différentes.
Cela amène une plus ou moins grande
compacité donc une porosité plus ou moins importante. En général
plus la gamme de granulométriesdifférent~dansun sol sera étendue,
moins la porosité du sol sera grande.
II -
Variation de l'agressivité du sol en fonction de la granulométrie.
Dans ce paragraphe nous allons faire une
étude comparée des
1
2
résultats obtenus pour les sols notés OGQ,
OG
,
OG
en prenant la
granulométrie comme seule variable,
les autres facteurs étant supposés
. identiques notamment l'humidité.
Les conditions opératoires sont les mêmes que lors de l'étude
de l'influence de l'humidité:
on utilise les mêmes cellules;
on
considère les mêmes résultats mais sous le rapport de la granulométrie.
1 Q )
Courant de corrosion:
=====================
1
Si on porte sur un même graphe les densités de courant de cor-
rosion obtenu$ pour les divers sols à la même saturation,
en fonction
du temps d'exposition de l'échantillon,
on obtient des courbes du
type de la figure
14.

-
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1 ~m2) f;.
A
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150
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Fig. U - i cor : 1(1 ) ; sAturation constante.
o
o'OG
.'OGI
&'OG2
0.1
oi 10
50
100
150


-
57 -
F111·15 - Perte de ma,se en fonet·
saturation Ion du temps·
constante.
'
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1
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-500
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tm
-16,b .. sat.1I2
-16. a _.sal .114
U1
CD
Ecor(mV)
-500
~.....--e--.-.--.--..-.--.---.-
A7. ~OO~-<t=g--=o,o-o-.-o-.-o- ..:(f--7'="'t'>!
1: .
/:&--l>-b_l>-Ô-~--
li !
Fig.16- E
en fonction du temps; saturation
cor
p!
conslante
,! ~
o
-1000
o : sol QG
:1
1
1
o : ., QG
.'
2
6 :
,-
QG
I:!:,
I:i
~
lm
5
25
50
75
-16 .c.. sat. 1

59 -
De façon générale on peut encore noter que les courbes obtenues
s'enchevêtrent plus ou moins ce qui rend la comparaison peu aisée.
Cependant on peut faire les constatations suivantes.
2
a)
saturation 1:
en général le sol OG
donne les densités de
1
courant les plus
élevés que le sol OG
alors que le sol de référence
donne des valeurs intermédiaires.
b)
saturation 1/2 :
Au sol de
référence correspond des valeurs
de densité de courant beaucoup plus
élevées que celles obtenues avec
1
2
les sols dérivés OG
et OG
o
c)
satu±ation 1/4 : On retrouve des résultats analogues à
ceux obtenus à la saturation 1
Densité de courant plus fortes
pour
2
1
le sol DG
,
plus faibles
pour le sol DG
par rapport au sol de
référence OG2.
2 2 ) Perte de matière.
================
La figure
15 donne l'allure des courbes obtenues en groupant
sur un même graphe les courbes perte de poids-temps relatives à la
même saturation.
3 2 ) Potentiel de corrosion E

========================corr
Si on porte en fonction
du temps les potentiels de corrosion
E
des échantillons-métal dans les différents sols maintenus â
corr
la même saturation on obtient les résultats illustrés par la
figure
16.
III -
Interprétation.
Les résultats précédents appellent d'autres développements
sur le phénomène de la corrosion des métaux dans le sol.
1
j
1 2 )
Co~rant de corrosi~n - Perte de matière.
====================
(
----------------
1
i
A la saturation 1,
comme i l a déjà été dit,
les pores sont
~
présumés pleins d'eau et on peut s'attendre à une quantité maximale
d'oxygène dissous.
Mais considérant les différentes ~ranulométries,
la densité de courant ne varie pas toujours en fonction de la
porosité du sol comme on pouvait s'y attendre.
Il semble donc que

- 60 -
d'autres phénomènes interviennent.
Du point de vue macroscopique, en dehors de la conductibilité
du milieu on peut invoquer aussi la surface réelle où se fait la
diffusion de l'agent corrosif au voisinage du métal
(problème de
la structure macroscopique de l'interface électrode-électrolyte),
la vitesse de diffusion etc • • • • Tous ces phénomènes déterminent
globalement l'interaction métal-milieu dont la densité de courant
constitue une bonne approche.
Si on considère que la résistivité
du milieu détermine
l'interaction métal-milieu, on devrait avoir d'après la figure 10,
1
les plus fortes densités pour le sol OG
et des valeurs voisines
2
pour les sols OG2 et OG • Cette prévision n'est vérifiée que pendant
les premières heures d'exposition des échantillons. Par la suite les
résultats sont totalement inversés et on observe généralement les
1
plus faibles densités pour le sol OG

Il en ressort que dans notre
cas l'utilisation de la conductibilité pour l'appréciation de la
corrosion est sujette à caution car cette grandeur peut varier avec
le temps de façon difficilement prévisible.
Si on considère la structure macroscopique de l'interface
électrode-solon peut tirer les conclusions suivantes d'après Girard
(22) •
Pour une hauteur unité h de sol au-dessus du métal,
on a
v = Sh = S : c'est le volume d'électrolyte contenu
dans l'espace ainsi défini.
En supposant les pores cylindriques et
perpendiculaires à la surface du métal, la surface théorique de
diffusion d'agent corrosif dans le sol peut être évaluée par le
rapport de saturation rapporté à la surface totale de l'échantillon.
S
= r
X S = r V
d
s
s
Cela donnerait environ, en % de la surface totale de l'échantillon
1
26%
2
pour OG , 25% pour OG ,
22,5% pour OG2. Si par ailleurs on

- 61 -
considère que ce phénomène est dominant ici,
on devrait avoir les
2
plus fortes densités de courant pour OG
et les plus faibles pour
OGQ. Mais i l n'en est rien.
On peut expliquer ce résultat par le
fait qu'en réalité la surface de diffusion est fonction de la nature
2
granulométrique du sol.
Le sol OG
composé généralement de gros
grains sera susceptible d'offxir une surface réelle de diffusion
1
plus importante que les autres sols. Avec les sols OG
et OG2 les
particules fines ont tendance à tapisser le fond de la cellule.
En
fait c'est là un phénomène général.
Cependant le sol OG2 ayant la
gamme de granulométrie la plus étendue, i l y sera plus difficile aux
particules fines d'atteindre le fond de la cellule que dans le cas
1
du sol OG
dont la gamme de granulométrie est relativement moins
étendue. Ce phénomène ajouté à la conductibilité du milieu explique
entre autres les résultats trouvés.
A la saturation 1/2 i l semble que le facteur prépondérant
soit la conductibilité du milieu.
Elle est très élevée pour le sol
1
2
OG2, fluctuant avec le temps pour OG
et OG

A la saturation 1/4 la dilution est insuffisante et le sol
constitue un milieu peu conducteur. C'est à nouveau la porosité du
sol qui intervient maws aussi comme facteur supplémentaire sinon
corrélatif la force de rétention de l'eau dans le sol (problèmes
de drainage et de perméabilité du sol).
En effet on peut supposer
2
qu'avec le sol OG
l'eau de dilution s'écoule plus facilement vers
le bas de la cellule au contact de l'électrode que dans le cas des
1
sols OG2 et OG

2 2 ) Potentiel de corrosion E
========================corr
On interprète généralement les courbes donnant le potentiel
1
de dissolution en fonction du temps en admettant que la variation
de potentiel vers des valeurs de plus en plus nobles implique une
tendance à la passivation du métal qui se recouvre d'un film
protecteur. En revanche la variation vers des potentiels de plus

- 62 -
en plus négati~ est le signe de l'attaque d'un métal (8). Ainsi
pour la saturation 1 par exemple on devrait s'attendre à une pas-
sivation du métal.
Mais i l n'en est rien car la densité de courant
continue de croître quel que soit le sol considéré. De même à la
saturation 1/4 on devrait s'attendre à une attaque continue du
métal consécutive à une faible passivation. Mais les mesures réelles
de courant de corrosion aboutissent à une conclusion opposée.
Il en découle que le déplacement du potentiel de dissolution
d'un métal vers des valeurs plus nobles ne signifie pas toujours
que ce métal se passive
;
de même le déplacement du potentiel de
dissolution vers des valeurs plus négatives peut s'accompagner
d'une diminution du courant de corrosion.
Ce résultat
n'est pas
inattendu et peut s'interpréter sur les bases des diagrammes
d'Evans
(fig.
17).
.,
e
le
i'e
ie
_ a--Ed)~ mais i'e) ie
_b- Ed<E mais i'e< ie
d
Fig.17 -- Diagrammes d'Evans

- 63 -
On conçoit ainsi que l'interprétation des courbes potentiel-temps
soit malaisée. La connaissance de la variation du potentiel de
dissolution ne suffit donc pas à déterminer le sens de variation
du phénomène de corrosion.
Dans le cas de notre étude on peut penser que la variation
de potentiel de corrosion et partant la forme des courbes potentiel
temps obtenues sont affectées à la fois par le comportement du métal
et celui de l'électrode de référence utilisée dans le sol.
a) Comportement de l'échantillon.
Il est bien connu
(8) que lorsqu'on mesure le potentiel de
dissolution d'un métal on n'obtient pas immédiatement une valeur
1
stationnaire. En effet, au moment de l'immersion du métal la solution
i
i
(ou ici le sol)
ne contient pas en principe d'ions du métal de sorte
B
~
qu'un potentiel stationnaire ne s'établit qu'à la longue. D'autre
l
part l'interface métal-solution peut être modifié par formation
!
d'un produit de corrosion insoluble ou d'un gaz(H
par exemple).
2
l
b) Comportement de l'électrode de référence.
1
1
1
Afin d'étudier la validité de l'électrode de référence au
platine utilisée dans ce travail nous avons entrepris l'expérience
1l
suivante.
i
,
i
Nous avons réalisé avec le sol de référence une cellule pré-
l
j
sentant une saturation égale à 1/2 (fournissant l'intensité de
j
courant la plus élevée). Pour mouiller le sol nous avons utilisé une
solution de sulfate de sodium (Na S0 ,
10 H 0) de molarité environ
2
4
2
0,01, ce qui donne un sol encore plus agressif. D'autre part nous
1
avons incorporé à la cellule,
outre l'électrode au platine habituelle,
j
une électrode de référence au sulfate. On peut ainsi suivre au cours
J
i
du temps le potentiel de l'électrode de platine par rapport à
l1
t
l'électrode de référence (fig.
18). On constate que dans un premier
temps, durant environ une semaine, le potentiel du platine varie
très vite vers des potentiels plus négatifs.
Ensuite i l remonte plus
lentement vers des valeurs plus "nobles". On voit ainsi que dans une

Ed(mV)
~I\\~"~-'\\\\
-500
t.
1-\\
\\\\ ' . . .
Pl/ER.
.t. ;x
,
,.,.,~-,,~__~_--"""-- _*_-~f------~f---~--~'
':l<,~"~ ~
--
--~~-
"
. .--..w:.- ---...-
~-4<--
.....<--~,
~
-. e--
"
,~-
,_,.1
- - - - - - -
Zn/Pl •
- -----..-
. .
e
e
e---
J
----. .
0\\
-1000 ,
l::>
1
..P'O-o'b.
Zn 1E.R.
.... -.~ ,.. ...
0-
..D.
-0
.0
-0-
•..()_.-._.()...--
-1500
~.-.-
'-'-0-'-'-'--0-._.-.-0-._._._.-._.-
_.-.-' _.-.-._.-0-._.- --._.__.
.-.-
10
20
30
40
50
tri)
Fig.18 -- courbes potentiel-temps de Zn et Pt dans OGo+Sqï(sat.1/2) IE.R. au sulfate

- 65 -
prem~ere période, après fabrication de la cellule, la notion d'électrode
de référence appliquée au platine est discutable. La complexité (plus
grande) des courbes potentiel en fonction du temps constatée au début
tient en partie au fait qu'on mesure la différence de potentiel entre
de~x électrodes dont les potentiels varient au cours du temps. Après
un temps plus ou moins long selon les cas
(allant parfois jusqu'à un
mois)
on atteint un régime plus stationnaire pour les deux électrodes,
surtout l'électrode de platine.
On peut alors assimiler cette dernière
à une électrode de référence.
En effet,
bien que son potentiel continue
de varier, la variation est si' faible qu'on peut la négliger pendant
la durée d'une mesure. Ceci est relatif à un résultat pris isolément.
Il reste que de façon globale i l peut paraître hasardeux de chercher
une information précise sur l'évolution du phénomène de corrosion à
partir de la forme des courbes potentiel-temps. Si on trace la courbe
donnant le potentiel en fonction du temps avec comme électrode de
référence l'électrode au sulfate,
elle prend une allure assez différente
de celle obtenue avec le platine comme référence
(fig. 18). A priori
l'écart entre les deux courbes tient essentiellement au fait que le
potentiel du platine varie avec le temps alors que celui de l'électrode
de référence au sulfate ne varie pratiquement pas.
Il importe de noter qu'en dépit du résultat précédent,
l'emploi
du platine comme électrode de référence reste valable du moins dans
le cadre de nos expériences. Plusieurs faits
peuvent le justifier.
a)
Comme on vient de le voir, la variation du potentiel du
platine demeure modérée du moins après quelques jours
(une semaine
environ) d'exposition et reste pratiquement stable pendant la durée
j
d'une mesure du courant de corrosion.
1
!
)
j
p)
Le platine ne se corrode pratiquement pas dans les milieux
1
2
étudiés. Dans le sol assez corrosif contenant les ions 50
-
on a
4
pu mesurer l'intensité du courant de corrosion par extrapolation
anodique ou cathodique ou les deux à la- fois,
en considérant le platine
comme électrode de travail.Il en est ressorti que l'intensité de courant
1
t

- 66 -
0,3
~.
., ......
0,2
~
"
1..
-...
"
". e.
la
~- ••"~~~
,
. - ...........
.
•.----
'
-~ --... -... -...
0,1 /
10
20
30
40
t·J
Fig·19-- Pt dans OG o +50'4 ; sat.1/2.

- 67 -
reste très faible et négligeable et a tendance à diminuer au cours
du temps
(fig. 19). Il en résulte un avantage important: la non-
pollution du sol par les produits de corrosion de l'électrode.
1)
Les valeurs du courant de corrosion ne dépendent pas de
l'électrode de référence. Des mesures faites alternativement avec
le platine ou l'électrode au sulfate comme électrode de référence
donnent des résultats pratiquement identiques et parfaitement
cohérents.
b) Enfin du point de vue économique et pratique il est plus
commode et avantageux, compte tenu du nombre de cellules qui peut
@tre important, d'utiliser le platine comme électrode de référence
plutOt que des électrodes de référebce classiques qui entraînent
en outre des risques de modification du milieu étudié.
3 2 )
Résistivité.
===========
Nous avons vu que les prévisions qu'on peut faire à partir
des courbes expérimentales donnant la résistivité du sol en fonction
de la teneur en eau ne sont vérifiées, dans le meilleur des cas,
qu'au moment de la réalisation des cellules de mesure. Par la suite
on ne peut rien dire à l'avance.
Cela tient semble-t-il à trois
raisons principales.
a) Conditions expérimentales.
La comparaison des valeurs de résistivité
obtenue-s pour les
différentes granulométries suppose qu'elles ont été obtenues dans
~
des conditions identiques quant à la" propreté ", au tassement etc.
l
1j
Or en pratique les conditions d'élaboration des cellules d'étude
~
sont difficilement reproductibles rigoureusement. La granulométrie
n'est donc pas le seul critère de comparaison;
d'autres facteurs
1
susceptibles d'influer sur la valeur de la résistivité peuvent in-
tervenir : pollution du sol par l'atmosphère ambiante,
tassement
du sol dans la cellule de mesure de résistivité • • • •

-
68 -
b)
L'évolution spécifique de chaque cellule,
compte tenu
notamment de la formation de produits de corrosion.
L'idéal serait
donc de recommencer périodiquement la mesure de résistivité des
sols afin de pouvoir faire d'autres prévisions quant à leur agres-
sivité.
Il semble en effet que la résistivité d'un sol donné ne
renseigne sur le pouvoir corrosif du dit sol qu'à l'instant de la
mesure à moins que le phénomène même de la corrosion ne perturbe pas
de façon appréciable le milieu étudié.
c)
La gamme restreinte des résistivités des sols considérés.
Les trois sols donnent des valeurs de résistivité trop peu différentes
entre elles
(et appartenant à la même classe de résistivité)
pour
pouvoir faire
une
étude comparative valable sur cette base.
Les
valeurs élevées de résistivité indiquent simplement qu'on a affaire
à des sols très peu corrosifs,
ce qui est vérifié par d'autres
mesures.
cl Justification du rele de l'oxygène.
Selon les spécialistes, l'oxygène est l'un des facteurs les
plus importants qui déterminent la corrosion des métaux dans le sol.
Il est bien connu que la présence de l'oxygène est nécessaire pour
que la corrosion ait lieu parce que le processus de formation des
produits de corrosion consiste essentiellement en un retour du
métal à sa forme
naturelle d'oxyde comme nous l'avons di~ précédemment
(4,
6,
B,
2B).
Ceci-est particulièrement vrai et suffisamment dé-
montré pour le cas du fer entre autres en milieu solide
:
-
Considérant les résultats des recherches effectuées par le
N8S sur le comportement des métaux dans le sol,
J.C.
Hudson
(4)
estime que l'oxygène et la teneur en eau du sol sont les deux facteur5
les plus importants qui déterminent la corrosion.
-
Selon Roy V.
Comeaux également,
la présence de l'oxygène
est un racteur important dans la corrosion des structures métalliques
enterrées notamment aciers et fontes.
Quand le fer se corrode ou est

- 69 -
oxydé écrit-il,
une quantité équivalente d'une espèce chimique
oxydée doit être réduite;
dans le cas des aciers entérrés,
au-dessus
de pH 4,5,
la substance réduite est l'oxygène.
En effet l'oxygène
est réduit à des potentiels plus bas que les ions H+ ou les ions
métalliques habituellement présents dans les sols. La diffusion de
l'oxygène dans le sol au voisinage du métal prend de ce fait une
importance
particulière dans la tenue du métal dans ce milieu
(29)
-
Pour
Edward Schaschl et Glenn A.
Marsh qui mettent l'accent
sur l'importance de la preméabilité et du drainage du sol dans la
corrosion de l'acier placé à son contact,
on peut interpréter de
façon générale ce phénomène comme l'action d'une pile d'aération
différentielle à grande portée où l'oxygène
joue le rôle dominant
en tant que réactif cathodique et porte la responsabilité,
avec l'eau,
d'une agressivité élevée
(30).
Ce qui vient d'être dit du rôle de l'oxygène comme réactif
cathodique dans la corrosion de l'acier dans le sol est aussi vrai
pour les autres métaux.
Il appara!t donc que c'est d'abord la ré-
duction de l'oxygène qui se produit de préférence et selon la nature
des produits de corrosion celle-ci peut prendre des proportions
inquiétantes ou s'atténuer progressivement.
C'est ce que nous avons
admis pour le cas du zinc dans notre étude. Ce rôle particulier de
l'oxygène dans la corrosion du zinc par les sols peut être démontré
par des expériences conduites en atmosphère contrôlée.
l
-
Conditions expérimentales.
L'appareillage a été conçu pour permettre des mesures de
courant de corrosion en maintenant une certaine atmosphère dans la
cellule de mesure.
La figure
20 montre le schéma de principe de
l'appareillage utilisé.

- 70 -
Contre Electrode
;-Eleetrode de Référence
/
Electrode de Travail
~==;:==~
corn pte·bul les1
"
verre
f +--recyclage
eau
Pompe
Aspirante. Refoulante
Fig.20-Appareillage pour étude en atmosphère contrôlée

-
71
-
1 2 ) Cellule de mesure.
=================
C'est un vase qui se termine en entonoir avec un fond en verre
fritté permettant le passage du gaz qui détermine l'atmosphère de
travail.
Pour que celle-ci soit la plus homogène possible ou bouche
la cellule en ménageant une petite ouverture par où sort le gaz.
Un compte-bulles relié à cette ouverture assure le contrôle du passage
effectif du gaz. Une autre ouverture permet grâce à une pompe aspirante
refoulante,
le recyclage de l'eau qui est passée à trevers le verre
fritté.
On maintient de la sorte l'humidité du sol aussi constante
que possible. Dans le même but on fait
passer le gaz à travers de
l'eau préalablement dégazée par ébullition. L'électrode de référence
et la contre électrode sont en platine.
L'échantillon est orienté
horizontalement comme dans les cellules habituelles.
L'échantillon est en zinc pur à 99,99% enrobé dans de la résine
et poli manuellement au papier 600. La surface apparente exposée
2
est environ 2cm •
Compte tenu des expériences précédentes nous avons choisi le
sol de référence OG2 sursaturé afin de faciliter la contrôle de
l'humidité.
II -
Résultats expérimentaux.
Nous avons travaillé en atmosphère d'azote,
d'oxygène,
et
d'argon et avons trouvé les résultats suivants.
1 2 ) Atmosohère d'azote.
==================
L'insuflation dans la cœllule de l'azote provoque une augmenta-
tion de l'agressivité du sol.
En effet non seulement le potentiel
du zinc devient plus négatif mais aussi et surtout la résistance de

-
72 -
- Ed
Rp
i
i
,
t(h)
2
ext· 2
calcule
(mV/Pt)
( c m )
(uA/cm)
(uA/cm 2 )
Observations
F=================================================
-.
================
2
1301
60400
0,93
1 , 1 6
Air; droites
6
1345
65600
0,70
0,77
23(1j)
1376
63700
0,56
0,53
de Tafel assez
28
1380
59500
0,65
0,63
nettes
47(2j)
1402
51800
0,65
0,62
1 - - - - - - - - 1 r - - - - - - - + - - - - - t - - - - - - + - - - - - - - { Air + Azote
1
1406
20100
7,00
5,05
2
1435
15800
6,50
5,74
pas de droites
4
1454
16900
5,00
4,50
5
1436
19650
4,70
4,13
de Tafel nettes
6
1438
21000
4,60
3,63
7
1433
21900
3,60
3,83
Azote + Oxygène
0,5
1454
26350
1 ,20
1 ,55
2
1433
43000
0,93
1 ,01
5
1387
26100
1 ,80
2,43
extrapolation
6
1386
22500
1 , 70
2,29
78(3j)
1420
36300
0,95
0,91
cathodique
81
1398
68100
0,67
0,56
assez bonne
83
1409
63500
0,60
0,56
102(4j)
1421
79000
0,51
0,46
158(6,5j)
1409
86500
0,55
0,58
~----+_----+__---r_----t__---_Oxygène
+ Argon
0,5
1434
59700
0,85
0,83
pas de droites
2
1432
28500
1 , 1 5
1 ,35
3
1433
28300
2,90
2,55
de Tafel nettes
17
1441
18500
3,50
3,28
1 9
1463
14800
4,40
4,15
23 (1 j)
1468
15200
4, 75
4,55
Tableau VII
Zn dans OG2
infiuence de l'atmosphère.

- 73 -
polarisation chute de près des 2/3 de sa valeur moyenne observée
pour l'atmosphère normale de départ
(air)
et l'intensité du courant
de corrosion augmente de façon sensible.
L'insuflation de l'oxygène suivant celle de l'azote provoque,
après une phase intermédiaire, le retour à des valeurs de résistance
de polarisation et d'intensité de courant de corrosion de l'ordre
de celles obtenues avant l'insuflation de l'azote.
Intervenant après celle de l'oxygène, l'insuflation de l'argon
conduit, comme l'azote, à une augmentation de l'agressivité du so~.
La résistance de polarisation chute à nouveau à des valeurs très
basses par rapport à celles obtenues avec l'atmosphère d'oxygène.
Corrélativement, l'intensité du courant de corrosion i
croît.
CODr
En résumé, l'air et l'oxygène d'une part, l'azote et l'argon
de l'autre,
agissent deux à deux dans le même sens. Ces résultats
sont groupés dans le tableau (7) illustré par la figure
(21).
Ils sont assez inattendus. Pour savoir s ' i l s'agit d'un phénomène
général à tous les sols ou particulier au sol OG2 nous avons recom-
mencé la même expérience avec d'autres sols en utilisant cette fois
une électrode au calomel saturé comme électrode de référence.
Dans un sol artificiel constitué uniquement de billes de
verre, un apport d'oxygène provoque une augmentation de l~ corrosion
par rapport au résultat trouvé initialement dans l'air. L'atmosphère
d'azote provoque en revanche une nette diminution de l'intensité du
courant de corrosion.
On obtient le même résultat en ce qui concerne le sable de
Fontainebleau utilisé à l'état brut c'est-à-dire non lavé:
par
rapport à l'atmosphère de départ, l'oxygène élève l'intensité du
courant de corrosion i
alors que l'azote la réduit.
corr

- 74 -
3 icor (IJA/cm )
-21 - c --Oxygène ..
5
...-,
,
.
"
,
,
,
" . .
,
~-.--,
\\
4
~
1
"
...
~
,
~
..
~
,
,
' . '
,
,
\\
1
_ _ "'"
"
1

3
~_
1
. . .
~
'\\
,
,
,
2
~
,
,
/
,.


.
\\
,
,
1
"
"- ..
Ar +air
o
10
20
30
t(h)
-21- d ··Argon .

-
75 -
Fig·21- Zn dans OCo; influence de l'atmosphère.
1
3
1
1
air+N2 1r
1
2
1
1
,
1
1 ~'o...
1
........... -0- __o-----O-----.-a
D
25
-21. a--Air
.
2)
I cor (IJA/cm
7
6
".-0.....
"
..........
,
...
,
,
5
l
"
,0
"
,
'
l
'0.... .......
,
'.0...
4
1
~..
~
"
..-'-~
,
~-'
\\
1
1
J
1
3
1
1\\
1
1
1
1
1
1
2
l
,
,
b
l
,
1
- -
1
-~
--
o
1
2
3
4
5
6
7
-21.b-Azote.

-
76 -
Un papier pH indique que le sol OG2 est plutôt acide contrairement
aux billes de verre et au sable de Fontainebleau qui sont plutôt
basiques.
On peut dresser le tableau suivant
.
Sol
Atmosphère E
/ECS
i
corr
corr
Oz
- 940 rnV Equivale,"!t
OG2
Air
- 1000mV référence
N
- 1100mV
Z
~
Oz
- 940mV
~
Billes de verre
Air
- 1030rnV ~éférence
N
- 1050mV
Z
~
Oz
- 9Z0 mV
Sable
/
Fontainebleau
Air
~.
- 1010mV référence
N
- 1080mV
Z
~
Tableau VIII
Influence de l'atmosphère Zn dans
différents sols.

- 77 -
Les résultats de cette deuxième
série_ d'expériences sont
contradictoires aux précédents
quant à l'influence des différentes
atmosphères dans la corrosion par les divers sols considérés. Le
comportement du zinc dans le sol OG2 apparait comme un cas particulier
lié au sol lui-même. Les intensit~,de courant de corrosion i cor
étant obtenues par extrapolation des droites de Tafel en balayant
un domaine restreint de potentiel imposé par l'appareil
(corrovit)
nous avons trouvé nécessaire de tracer les courbes de polarisation
totale dans un domaine de potentiel plus étendu pour le cas du sol
OG2 afin d'essayer d'avoir une information plus complète.
Le trac~ des courbes de polarisation totale dans un domaine
de potentiel plus étendu amène à faire les constatations suivantes :
-
En premier lieu l e s " courbes retour ll intensité-potentiel
rendent mieux compte que les llcourbes aller ll des phénomènes étudiés
pour les raisons que nous allons exposer (fig.22). D'une part,
alors
qu'en général le potentiel de corrosion E
mesuré au départ est
cor
déplacé au cours de l'expérience, l'écart est plus important pour la
·courbe aller" et moins importan~ pour la llcourbe retour" Tableau
VIII;
d'autre part, les"courbes retour" log i
= f(6E)
présentent,
contrairement aux "courbes aller",
une bonne concordance avec celles
tracées habituellement à l'aide du corrovit,
c'est-à-dire dans un
domaine de potentiel plus restreint (fig.23).
-
En second lieu,
si on considère les courbes retour on
remarque l'existence d'un pic plus ou moins émoussé en l'absence
d'oxygène.D'autre part au voisinage du potentiel de corrosion on a
généralement des valeurs d'intensité voisines pour l'aération à l ' a i r
et à l'oxygène.
-
Enfin le tracé des courbes de polarisation totale permet
{
en cas de besoin d'indiquer avec exactitude la droite de Tafel valable.
1
III -
Interprétation.
On interprète les résultats précédents en admettant que dans
les sols,
c'est d'abord l'action de l'oxygène qui détermine le
comportement des métaux.

- 78 -
0,5 i(mA)
Fig. 22 -
Courbes de polarisation totale
0,4
0,3
-22.a_courbes aller
.: o<t'. air
0:
-
A:
-
0,1
-1500
(m\\') E
-1000
-500
- 0,1
/
.,;4~.4
O,5! i(mA)
0.4
J
- 22 .•b_courbes
retour
o
.: OG • air
0,2
0:
0,1
A:
(mVl E •
-1500
-500
1
-0.1

, -.,~,_~_.",~_._,,",.",.b',,", .. ,~·_·;·_;.,,;. ••~,-,.,,;,,,,",;;;;;,,.....,...~; ,_~_ _~;Q;''''''-'"-'''''''''~"'; -
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l ·1
ri

. •.
0.001 l
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1
l
,
,
1
l
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l
,
1Em~V
~~v
-2000
-1500
-1000
-500
0,0014
1
1
1


l
,~t, , " , , . 1
- 2000
-1500
-1000
-500
_ 23 _ b -- courbes retour.
0: OGo of- air
- 23- a -- courbes aller
0:
--
02
4:
--
N2

-
80 -
Lorsque l'oxygène est présent en quantité suffisante et peut
accéder au métal,
la corrosion conduit à la formation d'un film
protecteur pour le cas du sol OG2. La corrosion est freinée o
La réaction cathodique s ' é c r i t :
O
+ 2 H 0 + 2e
4 OH
2
2
Les produits de corrosion Zn
(OH)2 et surtout Zn 0 sont
donnés par les processus du type
2+
Zn
+ 2 OH
Zn
(OH)2
et
Zn
(OH)2

Le passage de la forme active à la forma passive a été étudié
par un certain nombre de chercheurs.
La nature du film de passivation
est complexe et dépend des conditions de sa formation;
mais des
observations directes au microscope électronique et par la diffractio
des rayons X ainsi que les analyses chimiques montrent que la majeure
partie du film est constitué par de l'oxyde de zinc ZnO
(24,
27).
Le fait qu'on n'observe pas de variation notable de l'intensité du
courant de corrosion quand on passe de l ' a i r à l'oxygène prouve bien
que c'est la réduction de l'oxygène qui constitue la réaction
cathodique dans ce milieu et que l'oxygène de l ' a i r suffit pour
réaliser la passivation du zinc.
La figure
24 représente quelques types de courbes· de polarisa
tion totale avec leurs courbes élémentaires anodique et cathodique.
La courbe"a"est typique des systèmes corrosifs o~ le métal
n'est pas susceptible de se passiver.
l
La courbe"b"est le type de courbes aller pour le cas du Z1nc
dans le sol de référence OG2,
tandis que le type"c"correspond aux
courbes retour
du même métal dans le même milieu,
en présence
d'oxygèneo
Il en ressort,
compte tenu de l'allure de la courbe
élémentaire cathodique
(réduction de l'oxygène),
que la courbe

_ -__"" __.~,,_v"~;;m'_~'~"'.'_';'~'W_'-"'~_'~-1II:'.,(-,,,_
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.
_"•• ..........,e.<a·.......:;_..,;,;,;·,i_"',~,""~""""'"-.""""""""'''''''''~·,,'''"'',.,_.·,,_*_;---..;;;-.......','''"
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Fig. 24 - Quelques types de courbes de polarisation totale avec leurs courbes élémentaires
-b-
-a-
i
- -- -- -- -- -- -::- ;'J.-;-'-"- - - -_ .... _ ......... --
co
Ed._, .' .. '
__ ... _-... -----... -_- -..'9-:..---
ic~

pC'~
~

.1
E
E
.~.
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m
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1
1
,-
_d_
,-
~
,."
-c-
i
- - - :_~ - ------1:",1
cor

1
~
~.
1
.'
:
1
,
1
i
.'
. . . -
... -
1
1
corl
-E
E
. '

-
82 -
élémentaire anodique comporte un pic d'intensité et un palier de
passivation plus ou moins grands selon le cas. Le potentiel de cor-
rosion se situe dans le domaine des potentiels correspondant au
palier de passivation.
En revanche,
en milieu désaéré, la réaction cathodique est
vraisemblablement une réduction du proton.
+
-
2 H
+ 2 e
----.
2 H -----+
H2
L'hydrogène étant réduit à des potentiels moins négatifs que
l'oxygène,
on peut penser que le potentiel de corrosion E
se
corr
trouve dans le domaine de potentiels situé au-delà du palier de
passivation. C'est ce qui explique l'importance accrue de la cor-
rosion en atmosphère d'azote et d'argon.
La courbe "d" de la figure
24 illustre ce cas.
Les résultats relatifs au sol OG2 sont loin d'être généraux
comme on peut s'en rendre compte en considérant le sol des billes
de verre ou le sable de Fontainebleau. Dans ces sols, contrairement
au sol OG2, l'oxygène a tendance à accélérer la corrosion alors
que l'azote la diminue remarquablement. C'est là un résultat clas-
sique au~uel on s'attend généralement.
Il est admis que le rôle
accélérateur de la corrosion joué par l'oxygène résulte de la dé-
polarisation des piles locales à la suite de la réaction entre
l'oxygène dissous et l'hydrogène adsorbé sur les cathodes
(8)
comme suit :
2 H + 1/2 02

La corrosion peut ainsi se développer en milieu aéré. En revanche
en milieu désaé~é par l'azote, la quantité d'oxygène dissous est
"
faible;
la dépolarisation des cathodes s'en trouve limitée et la
corrosion se manifeste modérement.

-
83 -
Conclusion.
La corrosion par les sols est le résultat des interactions
mutiples de différents facteurs relatifs au milieu,
à l'atmosphère,
mais aussi au métal. Aucun facteur quel qu'il soit ne peut rendre
compte à lui seul du comportement global d'un métal dans le sol.
~
C'est pourquoi il est indispensable de considérer pour une étude,
1
l
ceux des facteurs susceptibles de jouer un rôle déterminant.
1
1
i
La teneur en eau du sol est une donnée importante en corrosion
pour un sol donné la corrosion passe par un maximum pour une valeur
l
bien définie de la teneur en eau du sol.
Aux faibles teneurs en eau, l'air est abondant
et il y a
ti
corrosion par l'oxygène,
peu
différente de celle qui se produirait
si l'air était renouvelé dans la cellule de mesure. Quand le sol est
t
sursaturé d'eau,
on a un régime pratiquement désaéré
j
o
Dans les deux
1
1
cas la corrosion constitue un phénomène lent.
1
1
1
Le maximum de corrosion se produit à la saturation qui offre
1
les conditions optimales de conductibilité électrique et de mobilité
l
des ions. Cette saturation peut changer avec le temps sous l'influence
notamment des produits de corrosion.
1
La granulométrie du sol,
autre facteur déterminant,
intervient
i
de façon multiple par la porosité qui renseigne sur le drainage et
J
la perméabilité,
par la structure de l'interface métal-mi~ieu, par
la diffusion du réactif cathodique
(oxygène par exemple).
Théoriquement la porosité est indépendante de la granulométrie
1
~urles
;
sols simples c'est-à-dire ceux dont les rayons des particules
(supposées sprériques)
sont des éléments d'une progression géométrique
de raison 1/2 (ou 2). Mais pratiquement les sols sont un mélange de
particules de granulométries différentes et plus la gamme de granulo-
métriesest étendue,
plus la porosité est faible.

-
84 -
La structure macroscopique de l'interface métal-milieu in-
tervient dans la diffusion d'agents oxydants au voisinage du métal
par l'existence d'une surface réelle de diffusion.
La vitesse de
diffusion est fonction entre autres de la porosité.
La présence de l'oxygène est un autre facteur parmi les plus
importants qui déterminent la corrosion des métaux dans le solo
L'oxygène est en effet le réactif cathodique privilégié.
Il peut
accélérer la corrosion ou la limiter selon la nature du sol et
du métal.
Dans le cas du zinc la corrosion reste modérée et uniforme
sur la surface de l'échantillon,
conduisant ainsi à la formation
d'un film protecteur plus ou moins durable.

-
85 -
-
CHAPITRE IV -
INFLUENCE DES PARTICULES SOLIDES
Beaucoup de travaux portant sur la corrosion des métaux par
les sols ont été réalisés en fait en milieu liquide c'est-à-dire
dans des extraits des sols considérés ou dans des solutions aqueuses
synthétiques. Ce faisant on partait d'une approximation grossière
qui assimile l'eau extraite d'un sol au so'
lui-même:
-
J.C.
Hudson
(4)
par exemple estime que la corrosion dans
le sol ressemble en général à la corrosion dans l'eau de mer du fait
que dans les deux cas l'attaque est essentiellement électrochimique
et naît à partir des différences de potentiel entre différents
endroits du métal.
-
Edward Schaschl et Glem A. Marsh dans une étude sur l'effet
des conditions du sol sur la corrosion de l'acier par l'oxygène
(30)
considèrent la corrosion dans le sol comme un cas particulier de la
corrosion aqueuse, le sol pouvant être assimilé à un électrolyte
aqueux.
-
T.S. Choo
(31) d'une part,
K.E. Bow et L.G. Colter (32)
d'autre part, intéressés par les matériaux de protection contre la
corrosion des câbles téléphoniques souterrains utilisent comme milieu
d'étude des solutions de sols synthétiques ayant en substance les
mêmes compositions chimiques et les mêmes pH que les extraits des
sols provenant des sites pilotes du National Bureau of Standards/
Rural Electrification Administration
(NBS/REA).
On pourrait citer d'autres exemples.
Nous-même nous nous
sommes inspirés de cette approximation dans la phase exploratoire

- 86 -
de notre travail (33). Sans infirmer les résultats et les conclmsions
auxquelles nous sommes parvenu i l semble que l'approximation faite
au départ est assez aléatoire. Ceci peut se concevoir aisément.
Les problèmes d'interface métal-milieu, les problèmes de
surtension,
pour ne citer que ceux-là, dont l'importance n'est pas
négligeable en corrosion ne sont pas identiques dans les deux milieux
En milieu liquide l'agitation est possible,
permettant ainsi d'éli-
miner certaines formes de surtension comme la surtension de concentra
tian,
de façon à obtenir de bonnes conditions d'exploitation des
droites de Tafel. Dans le sol i l est di~ficile sinon impossible
d'opérer de cette façon.
En milieu liquide le contact avec le métal
est plus uniforme que dans le sol où des particules solides sont
présentes.
C'est pour toutes ces raisons qu'il nous a paru nécessaire
de voir dans quelle mesure est valable l'approximation qui assimile
la solution aqueuse de l'eau extraite d'un sol au sol lui-même.
l
-
Conditions expérimentales et appareillage.
L'expérience se fait dans un sol sursaturé et dans l'extrait
de ce sol. L'atmosphère est indifférente, le problème primordial
étant de comparer les courants de corrosion dans les deux. types de
milieux. De ce fait la nature du sol aussi importe peu.
Le milieu
liquide peut être agité ou non agité.
2 2 )
Cellules de mesure.
===========~======
On dispose de deux compartiments répondant aux deux types
de milieu d'étude. L'un des compartiments contient donc le sol sur-
saturé d'eau, l'autre l'extrait du sol.
La figure
(25) montre le
schéma de principe de cette double cellule.

1
- 87 -
1j
'1
i
1
j
l
1
j
E.A. E.R.
E.C.
E.A.
E.R. E.C.
ll1
1
1
j
i!
-,.-,.- -,.
..
'"
JIo
IC.
" "
IC

~
JI
"
.....
"
"li""
K l ......
I l C . ' l ' "..
X " ' ' ' ' ' "
...
...
1(
...
A
"
.",.,.
""'II
"
. . .
" ' "
IC
. . .
li
.
J&

.,
le
"
.•~..
,.
C J I _
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X
,.
K
. . . .
11.
" " , , . : 0
" , , , " A
" " " x
... "
...
- - - - - - - -
"'''')(''~_t!V''
'~lC·lIE",w
..
.cJC
--------
P.F.
- -
P.A.R.
l
Fig.25 -Appareillage pour l'étude comparée 501- ex-
trait de sol
_E.A.-électrode auxiliaire :Pt
- E.R. - électrode de référence: Pt
- E.C. - électrode contrôlée: Zn
- P.F. - plaque frittée
r
- P.A.R. - pompe aspirante refoulante
1
l
j
1
llt
t

-
88 -
La cellule contenant le sol se termine en forme d'entonnoir
et comporte un fond plat en verre fritté à travers lequel passe
l'extrait de sol. Une pompe aspirante-refoulante amène l'extrait de
sol dans le compartiment liquide. Par un système de vases communicant~
l'extrait peut être recyclé dans le compartiment de départ. Chaque
cellule est équipée des différentes électrodes habituelles :
une électrode de travail (échantillon de métal), une contre-électrode
et une électrode de référence en platine.
3 2 ) Echantillons.
============
Les électrodes de travail sont en zinc pur à 99,99%. Elles
sont enrobées dans une résine métallographique et maintenues horizontô
lement, la face exposée orientée vers le haut. On suppose à priori
que les deux échantillons sont identiques.
Ils sont polis à la main
au papier 600, la géométrie d'ensemble ne permettant pas un polis-
sage mécanique normal. Pour des raisons de commodité, on désigne les
deux échantillons en les indexant E
et E •
1
2
II -
Résultats expérimentaux.
1er cas: solO lavé à l'acide chlorhydrique et à l'eau de
robinet
DL ).On obtient des valeurs de l'intensité de courant de
corrosion i
nettement plus importantes dans l'extrait que dans
corr
le sol lui-même comme en témoigne le tableau IX.
(a, b). Si l'on
fait la mesure de la vitesse de corrosion dans l'extrait de sol agité
magnétiquement on note une augmentation supplémentaire importante
de l'inteBité du courant de corrosion (tableau IX - b). Nous avons
supposé au départ les échantillons E
et E
identiques. Mais en
1
2
réalité il peut exister entre eux quelques différences plus ou moins
importantes. Cependant si on permute les deux électrodes de travail
dans les différents milieux on a encore des valeurs d'intensité de
courant de corrosion i
plus importantes dans l'extrait que dans
corr
le sol: tableau IX (c, dl. Si on maintient l'a~itation du milieu
liquide pendant la mesure, l'intensité du courant de corrosion croît

- 89 -
t(h)
E
/Pt
Rp
i
i
corr
!lxt
cal
Observations
(mV)
<a.cm 2 )
(flA/cm 2 )
(\\,A/cm 2 )
1, 00
-
1280
50800
0,95
1 ,27
Droite cathodique
17, sa
- 1316
87400
0,53
0,56
ft
ft
21 ,50
-
1319
75500
0,62
0,68
ft

89,50
- 1377
111900
0,29
0,29
ft
ft
IX - a)
E
(Zn) dans G.L
1
t(h)
Ecor:/Pt
R
i
i
p
ext
cal
(lIIV)
(Qc1ll2)
(fJA/cIll 2 )
(~A/cm2)
Observations
0,50
- 1257
18850
1 ,70
1 ,96
Droite cathodique
18,00
- 1254
23900
1 ,82
2,34
assez nette
20,50
- 1301
14100
2,42
3,13
Agitation magné-
21,00
- 1280
15900
2,00
2,74
tique
90
- 1266
40600
1 ,27
1 ,46
IX - b)
E
(Zn) dans extrait O.L.
2
t(h)
E
/Pt
Rp
i
i
corr
ext
cal
Observations
(mV)
tnclll 2 )
(Il A/ cm2 )
(IJA/cIll 2 )
0,50
- 1339
39700
1 ,02
1,06
3,00
-
1331
45100
0,87
0,97
6,00
- 1354
59300
0,63
0,65
Droites anodique
7,50
- 1365
64800
0,53
0,53
et
23,00
-
1389
87400
0,48
0,39
cathodicue
25,00
1378
85100
0,34
0,35
-
assez nettes
27,00
- 1374
<;4100
0,33
0,31
29,00
-
1375
114300
0, :J2
0,26
IX - c)
E
(Zn) dans O.L.
2
"=(h)
Ecorr/?t
Rp
i
i
ext
cal
Observations
(mVl
:o.c1lI 2 l
(tJA/cm 2 )
(jlA/cm 2 )
0,50
- 1345
24300
1 ,60
1 ,55
2,50
- 1303
24900
1 ,15
1 ,33
3,00
- 1325
11700
3,90
4,72
AgitaHon magné-
ticue
5,50
1332
33700
0,65
0,89
-
6,00
- 1335
13300
2,90
3,70
a;i~:!tion
7,00
- 1297
11500
3,65
4,75
"
"
7,50
- 1294
20800
1 ,15
1,60
23,00
- 1313
43800
0,70
0,67
23,2:
- 1285
15500
2,25
2,99
agitation
24,50
- 1283
20400
1 ,35
1 ,82
2é,50
- 1304
24700
1 ,10
1 ,36
27,00
- 1297
150100
2,45
3,01
agitation moyen
29,00
- 1j04
27100
1,07
1,27
ne
IX - dl
E
(Zn) dans extrait O.L.
1
Tableau ne IX
Zn dans O.L et extrait ce O.L.

ih'A/cm2)
• : f1 dans 0 L
6
0 :
E1
-- extrait 0 L
• : E1
--
--
--
agité
5 1

A : E2 dans 0 L
:
"
f
4
: E2
-- extrait 0 L
4

,.1::..-.-......
$
3
.
.'-...
/
n
.
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1
A
"\\.•,"
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\\0
• .....""'....
l
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P-o..
1
.
:
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o
1
:
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1
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1
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" ' 0 ; ' . .
.'-o.JJ'
- - - -.... .-.c. ...
.....l
ff:--e-----
-.
. _o.
1/
1 • • • l,
'
"-A. __ -
- ' ,
. - --._-
• . 1 .
7/ ' 90
t(h'
... ... _...
----- ....
, , , , , , . ,
3 0
.
l'
. , , '20
o
10
Fig.26 -- ln dans solO L et extrait

-
91 -
encore davantage
(tableau IX -
d).
On note encore un bon accord dans
les deux types de milieu entre les valeurs de courant de corrosion
fournies par l'extrapolation des droites de Tafel et celles issues
de l'application de la formule théorique de Stern et Geary.
On peut aussi considérer les résultats relatifs à un même
échantillon dans les deux milieux. On trouve encore,
en général,
une
agressivité plus marquée dans l'extrait que dans le sol
(fig. 26).
La considération des valeurs de résistance de polarisation
conduit au même résultat à savoir que l'extrait de sol,
où l'on
enregistre des valeurs plus faibles de Rp,
se révèle plus agressif
vis-à-vis des métaux que le sol lui-même où on observe des valeurs
de résistance de polarisation plus élevées.
2ème cas: solO naturel (ON)
L'électrode E
enfouie dans le sol donne des valeurs de
1
vitesse de corrosion i
plus faibles que celle
(E
) qui plonge
corr
2
dans l'eau extraite du sol
tableau X (a, b). Si on permute les
2 échantillons on obtient encore le m~me résultat que précédemment.
Le sol est moins agressif que son extrait.
Cependant si on poursuit
l'expérience un peu plus longtemps,
à partir du cinquième jour
environ le solON s'avère être plus agressif que l'extrait,
quoique
dans de moindres proportions que dans la première phase tableau X
(c, d). La figure
(27) illustre ce résultat.
Elle montre notamment
que dans l'extrait de solON i l Y a passivation,
certes lente du
zinc qui intervient vers le cinquième jour, avec un pic important.
En revanche dans le solon n'observe pas de pic de passivation et
l'allure de la courbe i
= f(t) indique que l'échantillon est
corr
suffisamment passif dès les premières heures d'exposition.
,
En résumé les sols considérés sont moins agressifs que leurs
extraits. La différence entre les résultats trouvés dans les deux
j
milieux peut atteindre des propDrtions importantes. Pour un temps
l
d'expérimentation excédant quelques jours, i l peut arriver qu'on
ait des résultats différents ou même inverses.

-
92 ...
...
E
/Pt
R
i
i
.. (h)
corr
p
ext
cal
Observations
(mV)
itlcm 2 )
(JlA/cm 2 )
(pA/cm 2 )
2,0
- 1171
31400
2,70
3,02
45
- 1340
16050
7,00
6,59
pas de droites
46
- 1330
13100
6,80
7,50
de Tafel très
51
- 1087
13300
6,30
6,91
nettes
67
- 705
18800
6,20
4,79
72
- 715
16800
5,60
4,85
x - a)
Zn (El) dans ON
t(h)
E
/Pt
R
i
i
corr
p
ext
cal
Observation
(mV)
C'lcm 2 )
(\\lA/cm 2 )
(fA/cm 2 )
2,0
- 1171
14100
4,00
3,52
46,0
-
1331
6140
25,00
18,43
Droites de
49,0
-
1340
4950
38,00
28,15
Tafel
51
- 1343
5200
25,00
16,54
66
- 1300
7160
33,00
15,99
68
-
1307
5300
27,00
20,60
71
-
1305
4150
36,00
27,40
x - b)
Zn (E ) dans extrait ON
2
t(h)
E
'Pt
Rp
i
i
corr
axt
cal
Observations
(mV)
ncm 2 )
(pA/cm 2 )
(t'A/cm 2 )
2,0
- 1260
22700
1 ,95
2,22
24 ( 1j ) - 1282
7160
13,25
13,60
Droites de Tafel
46 (2j) - 1341
9870
8,60
8,34
pas très nettes
70 (3 j ) - 1053
8900
9,00
8,88
146 (6j) - 582
10900
9,70
8,43
175 (7 j ) - 590
10900
10,80
9,26
197 (8j) - 591
9600
11,00
10,36
218 (9j) - 592
9650
11 ,50
10,51
239(10j) - 1314
7800
12,10
10,69
x - c)
Zn (E ) dans ON
2
t (h)
E
Pt
R
i
i
corr/
p
ext
cal
Observations
(mV)
(t1cm 2 )
(pA/cm 2 )
(\\lA/cm 2 )
1 ,00
- 1232
9080
3,40
3,10
23 ( 1 j )
- 1382
1845
39,50
48,92
45 (2j)
- 1371
2800
32,00
51,24
'1,
70 (3 j )
- 1304
3270
36
46,53
143 ( li j )
- 1348
9250
4,50
5,63
174 (7 j )
- 1347
10800
6,32
6,08
197 (8j)
- 1330
14400
3,20
3,90
218 (9 j )
- 1320
16100
2,60
- -~
.J.,..J_
239(10j)
- 1312
9800
6,10
7,26
x - d)
Zn (E 1) dans extrait ON
Tableau n~ X
Zn dans O~ et extrait de ON

- 93 -
iCpA/Cm2),-.-o-....
50
.
' .
/
"-
,0
0,
.: E1 dans solON
i
\\
0: E1
-.
extrait 0 N
i
\\
.: E2 dans 0 N
;
\\
A: E2 dans extrait 0 N
i
i
40
j
\\
1
\\
i
;
;
i
i
i
i
\\
30
1
~
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1
n
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1
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o 10
50
1 140
190
tch)
(2j)
(6j)
(8j)
Fig. 27 -- Zn dans solON et extra it

- 94 -
III -
Interprétation -
discussion.
Dans l'obligation où nous nous trovons d'opérer en milieu
sol sursaturé de façon à
pouvoir disposer d'un extrait, les résultats
trouvés ne s'interprètent pas facilement.
Le sol étant sursaturé sa
conductibilité devrait être assez voisine de celle de l'extrait non
agité, cela d'autant plus que celui-ci est régulièrement recyclé
dans un circuit fermé.
Les valeurs plus élevées de l'intensité du
courant de corrosion dans l'extrait de sols laissent supposer que
ce milieu a une résistivité moindre que le sol sursaturé.
Cela peut
paraître à première vue contradictoire avec le fait que la résistivit
de l'eau distillée et permutée,
forte
au départ,
chute brutalement
quand on y ajoute des particules
(billes de verre par exemple).
On devrait donc s'attendre à ce que le sol sursaturé soit au moins
aussi agressif que son extrait. En fait l'explication de l'écart
plus ou moins important de vitesse de corrosion observé dans les
deux milieux demanderait une étude beaucoup plus approfondie. Mais
là n'était pas notre intention.
Notre but était en effet de voir dans
quelle mesure l'approximation extrait
de
sol-sol est elle justifié
pour l'étude des problèmes de corrosion en terre.
C'est pourquoi
nous émettons simplement quelques remarques.
1 2 )Du point de vue physico-chimique l'addition de particules
solides dans un liquide entraîne la création d'un interface solide-
liquide supplémentaire avec possibilité de réactions d'adsorption
plus grandes.
2 2 ) Dans chacun des deux compartiments l'un des éléments
caractéristiques des deux milieux est dominant. Dans le compartiment
sol, ce sont les particules solides tandis que dans la cellule
contenant l'extrait,
c'est l'eau qui prédomine par rapport aux par-
\\
ticules solides. Dans un premier temps au moins on peut considérer
que la partie prédominente est à l'autre comme le solvant est au
soluté. A la base i l y a entre elles un rapport de masses.
Il en
résulte que,
bien que la résistivité de l'une quelconque des deux
phases diminue et passe par un minimum par addition progressive de
l'autre, les "électrolytes" obtenus ne sont pas à priori identiques

- 95 -
du point de vue de la résistivité.
C'est pourquoi Un sol sursaturé
n'a pas nécessairement la même force ionique que son extrait. La
contradiction entrevue plus haut n'est donc qu'apparente et les deux
milieux peuvent parfaitement donner des valeurs de vitesse de cor-
rosion présentant entre elles des écarts plus ou moins importants
liés à leur nature.
3 2 )
En effet le sol et l'extrait de sol sont deux milieux
différents sous bien des rapports,
ce qui n'est pas négligeable en
1l
corrosion.
La nature des facteurs déterminants et partant la nature
!
~
1
et les types de corrosion, la nature des réactions primaires et
1
surtout secondaires impliquées
notamment à l'interface métal-milieu,
1
i
la structure même de l'interface métal-milieu, la nature et l'in-
1
1
fluence des produits de corrosion etc ••• ,
toutes ces données peuvent
~
i
varier d'un milieu à l'autre.
Le sol beaucoup plus statique que la
~1
j
solution aqueuse favorise par nature une meilleure résistance à la
j
jl
corrosion des métaux.
C'est ce que reconnaissent aussi des auteurs
~J1
déjà cit~s.
1
Comparant la corrosion par les sols et celle par l'eau de
1~
mer,
J.C.
Hudson admet que généralement la résistivité électrique
du sol est beaucoup plus grande que celle de l'eau de mer. D'autre
part le sol a tendance à retenir les produits de corrosion au
voisinage du métal.
Cela expliquerait qu'on trouve des intensités
de courant de corrosion plus élevées en milieu aqueux que dans le
sol.(4).
Edward Schaschl et Glenn A. Marsh s'attendent au même ré-
sultat à savoir que la vitesse de corrosion d'une structure entérrée
dans un sol sursaturé d'eau sera plus petite que celle qu'on obser-
verait dans une solution aqueuse,
à cause de la nature statique du
sol (30).
Cependant aucun des auteurs ne donne une idée de l'écart
moyen auquel on peut s'attendre entre les deux types de milieu.
En fait nous montrons que celui-ci peut être si grand que l'extra-
polation qui consiste à confondre sol et extrait de sol n'est pas
valable.

- 96 -
Si on considère la figure
(27)
relative au solON on peut
noter que la passivation est plus nette et plus effective dans
l'extrait que dans le sol.
Cela explique qu'à certain moment on ait
des intensités de courant de corrosion plus élevées dans le sol que
dans l'extrait contrairement à ce qu'on obtient habituellement.
Une meilleure passivation en solution aqueuse peut venir entre autres
du contact plus uniforme entre le métal et le milieu et d'une meil-
leure diffusion de l'oxygène au voisinage de l'échantillon.
L'exemple
du sol Ol~ montre l'importance que peuvent revêtir le temps et l'in-
fluence des produits de corrosion. Pour éviter cette dernière,
il
est bon de comparer les résultats obtenus dès les premiers instants
d'exposition.
Mais par là même on ne peut avoir qu'une information
partielle sinon érronnée du sol qu'on teste.
Là demeure une des
difficultés de l'étude de la corrosion en général, la corrosion par
les sols en particulier.
Conclusion
En conslusion de ce chapitre on peut dire que l'approximation
sol-extrait de sol ne peut pas constituer une base scientifique
solide pour l'étude de la corrosion des métaux enterrés. Elle est
aléatoire quant aux résultats expérimentaux et limitée quant aux
possibilités d'investigation qu'elle offre;
par exemple elle ne
peut pas rendre compte ni de l'influence de l'humidité du sol,
ni
de l'influence de la granulométrie.
En revanche sur le terrain,
l'approximation peut conduire à
une conséquence pratique plutôt
avantageuse.
En effet,
le sol présentant généralement une agressivité
absolue vis-à-vis des métaux plus faible que son extrait,
une étude
menée dans ce dernier milieu pourrait conduire à une surprotection
des ouvrages vis-à-vis de la corrosion. Toutefois,
dans la mesure
,
où le métal peut se passiver on obtient une estimation plus raison-
nable.
En tout cas cette méthode ne peut suffire seule pour répondre
aux problèmes de corrosion par les sols.
Il ~mporte qu'elle scit
secondée et contrôlée par d'autres méthodes
(mesure de résistance
de polarisation,
de
perte de poids etc ••• ) pour savoir dans quelle
mesure elle peut être retenue ou pas.

1
!
-
97 -
1
r
1
,
-
CONCLUSION -
1
t
~1
Nous aVons mis au point un type de cellule de mesure adaptée
l '
~
t
à l-étude de la corrosion des métaux dans les sols.
Il s'agit, en
1
supposant qu'on est à une profondeur suffisamment grande dans le
sol, de cellules fermées de façon étanche et comprenant trois élec-
trodes enfouies dans le sol (particules solides + air + eau) qui
constitue réellement le milieu électrolytique~ Nous avons ainsi pu
suivre .l'influence de la teneur en eau d'u~ sol et celle de sa gra-
nulométrie sur le phénomène de corrosiLn pour le cas du zinc à
l'aide des méthodes électrochimiques d'extrapolation des droites de
Tafel et de mesure de la résistance de polarisation.
L'étude de la variation de la teneur en eau du sol
nous
a permis de montrer l'importance de la conductibilité du milieu, de
la présence et de la mobilité des réactifs cathodiques.
La granulométrie intervient de façon multiple:
porosité,
diffusion du réactif cathodique,
pouvoir de rétention de l'eau,
drainage etc • • • •
La variation de la résistance de polarisation ou de l'in-
tensité du courant de corrosion avec le temps nous a amené à proposer
un mécanisme de corrosion généralisée faisant intervenir des surfaces
anodiques et cathodiques d'importance relative variable avec le
temps.
L'oxygène est le réactif cathodique qui intervient de pré-
férence dans la corrosion des métaux enterrés.
Il peut jouer un
rôle accélérateur ou décélérateur suivant la nature du sol et suivant
la nature du métal.
Pour le cas du zinc dans les sols considérés,
la corrosion reste modérée même quand l'oxygène est en excès.

- 98 -
L'allure des courbes de polarisation totale permet de dire que la
courbe élémentaire anodique du zinc présentait un maximum d'intensité.
En comparant les valeurs de résistance de polarisation et
d'intensité du courant de corrosion obtenues en opérant dans le sol
lui-même et dans l'eau extraite du sol,
nous avons pu montrer que
le second milieu présente généralement une agressivité plus importante
la différence pouvant être énorme dans certains cas.
En tout cas, le
caractère aléatoire de l'accord entre les résultats trouvés ne permet
pas d'envisager une expérimentation exclusive dans l'extrait de sol.
D'autres méthodes d'étude doivent être utilisées parallèlement.
Au cours de ce travail nous avons pu nous rendre compte de la
complexité de l'étude de la corrosion par
les sols du fait du
nombre très élevé de facteurs qu'elle fait intervenir.
Nous ne
nous
sommes intéressé
ici qu'à quelques uns d'entre eux relatifs uniquemen
au sol. Mais i l est probable qu,,11*s n'ont pas été les seul's à
intervenir dans nos expériences" D'autres facteurs,
relatifs encore
au sol et surtout au métal ont pu jouer aussi un certain rôle.
La corrosion des métaux dans les sols offre ainsi un vaste
champ d'investigation où les méthodes électrochimiques pourront de
plus en plus constituer un outil précieux.

-
99 -
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