Les origines de la protection cathodique

L’effet des couplages galvaniques entre métaux a été sans doute constaté depuis longtemps (peut-être par les Romains). A Florence, en 1792, Giovanni Fabbroni a été le premier à décrire la corrosion bimétallique.
 
En 1802, Alessandro Volta a décrit les principes de l’effet d’un courant électrique continu sur l’oxydation des métaux : « L’oxydation augmente fortement sur le métal duquel le courant sort pour entrer dans l’eau ou tout autre liquide oxydant. L’oxydation diminue ou s’élimine complètement sur le métal dans lequel le courant entre et sur lequel l’hydrogène se dégage ».
 
La première application de la protection cathodique par « système galvanique » utilisant des « anodes sacrificielles  » s’est faite en eau de mer, milieu idéal pour la mise en œuvre de cette technique à cause de sa conductivité élevée et sa forte homogénéité. En 1806, Humphrey Davy a avancé l’idée d’un effet favorable sur la corrosion du cuivre en eau de mer d’un contact avec le zinc, l’étain ou le fer. Suite à une commande de l’Amirauté Britannique en 1824, il établit en deux ans les principes de base de la protection cathodique en eau de mer. Il dispose quatre anodes en fonte, deux à la poupe et deux à la proue, avec un rapport de surface de 1/80 de la surface du cuivre, sur le SS Samarang, bateau de guerre en bois équipé d’un fond en cuivre qui avait montré des signes de corrosion après trois ans d’utilisation. On parle alors de « Electrochemical means ».
 
La première application de la protection cathodique par courant imposé a été introduite pour lutter contre la corrosion galvanique dans les condenseurs de chaudières utilisés pour les machines à vapeur à la fin des années 1900. Ce système utilisait le fer doux comme anodes et le courant était fourni par des dynamos basse tension générant un courant continu sous 6 à 10 V. Ce procédé, appelé « Cumberland Electrolytic System », a été introduit par Elliott Cumberland en Grande-Bretagne, les anodes galvaniques de zinc utilisées alors devenant rapidement inefficaces à cause de la formation de dépôts et nécessitant de fréquents remplacements. Cette technique a été appliquée pour la protection de machines à vapeur, particulièrement sur les locomotives. Elle a été utilisée par l’Armée Britannique pendant la Première Guerre Mondiale et sur des bateaux (peut-être le Titanic).
La première utilisation de la protection cathodique pour les pipelines enterrés d’eau, de gaz ou de produits pétroliers a eu lieu dans les années 1920 aux USA, avec emploi d’éoliennes avant l’apparition des redresseurs. Dans les années 1930, Illinois Bell Telephone Co protégeait des câbles gainés de plomb avec des redresseurs à CuO2.
 
En URSS, un premier pilote de protection cathodique a été installé sur un pipeline de pétrole près de Bakou en 1931. Un autre, couplé avec un drainage, a été testé en 1946 sur un pipeline Bakou-Batoumi. Mais la première utilisation sur pipelines de gaz (Dachava-Kiev et Saratov-Moscou) a attendu les années 1949-1951.
 
En Europe de l’Ouest, la protection cathodique s’est développée en complément du « drainage polarisé » des courants vagabonds mis en place contre les attaques rapides par corrosion des canalisations enterrées entraînées par l’électrification des réseaux ferrés en courant continu. La réglementation a parfois freiné la mise en place de ces techniques, particulièrement en France. L’arrêté du 30 avril 1935 interdisait la connexion électrique entre rails et masses métalliques dans le sol (article 104) et l’utilisation de la terre comme partie d’un circuit de distribution électrique (article 133).
 
En Belgique, Distrigaz a étudié cette méthode (dite « électroprotection ») dès 1930 et l’a expérimentée à partir de 1934, principalement contre la corrosion « électrolytique » par les courants vagabonds, en complément des drainages polarisés. La protection cathodique par courant imposé n’a été introduite en France qu’en 1946 par la RAP pour son réseau du Sud-Ouest (avec l’aide de Distrigaz). A la même époque, Gaz de France a mis en application des méthodes électrochimiques de prévision sous l’impulsion de J. Maurin. A la même date a eu lieu l’installation d’anodes de magnésium sur une partie de canalisation entre Gennevilliers et Saint-Ouen.
 
Offshore, la protection cathodique par anodes galvaniques a d’abord été employée dans le Lac Maracaibo (Venezuela). Une application de la protection par courant imposé sur un pipeline sous-marin véhiculant de l’eau entre Miami et Keywest (Fl.) est signalée en 1935. Un large application de la protection cathodique s’est développée sur les plates-formes du Golfe du Mexique à partir de la fin des années quarante, par l’utilisation d’anodes en magnésium suspendues, fréquemment remplacées
 
Les véritables applications industrielles de la protection cathodique ont été liées au développement des techniques pendant la seconde Guerre Mondiale : par exemple premiers redresseurs à semi-conducteurs et anodes magnésium.
 
Le critère -0.85 V / sat. Cu-CuSO4 établi par R. J. Kuhn en 1933 pour les pipelines enterrés a été interprété théoriquement en parallèle par T.P. Hoar en 1937 et R.B. Mears and R.H.Brown en 1938. W. J. Schwerdtfeger a confirmé ce critère par des essais dans les sols en 1951 et l’eau de mer en 1958.
 
En 1952, Marcel Pourbaix et le Comité Technique Belge sur la protection cathodique (CT4 ) écrivait : « Depuis 1933 se sont développées des installations de protection cathodique de canalisations en acier enterrées dans le sol (principalement pour la distribution d’eau, de gaz et de pétrole). Ces installations sont à présent d’une efficacité parfaite et de contrôle aisé, grâce notamment à une meilleure connaissance des bases scientifiques du comportement électrochimique du fer et des aciers ordinaires. La protection cathodique est appelée à un grand avenir dans de nombreux autres cas, et des études scientifiques et techniques complémentaires à ce sujet sont souhaitables… ».
 

 

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