Matériaux dans les applications en eau salée

Divers matériaux résistants à l'eau salée conviennent à une utilisation en milieu marin en raison de leurs propriétés uniques et de leur résistance à la corrosion. Cet article décrit les caractéristiques, les avantages et les inconvénients potentiels de l'acier inoxydable, de la fonte, du laiton et de l'aluminium. Il est essentiel de comprendre ces facteurs pour sélectionner le matériau idéal pour une application donnée en eau salée, que ce soit sur la côte, au-dessus de l'eau ou immergé sous l'eau.

Table des matières

• Corrosion en milieu salin
• Métaux dans les applications en eau salée
• PVC dans les applications en eau salée
• Les caoutchoucs dans les applications en eau salée
• Applications de matériaux courants
• FAQ

Corrosion en milieu salin

La corrosion dans un environnement marin est un problème important en raison de la nature agressive et hautement réactive de l'eau salée. La corrosion en milieu marin est accélérée par le sel (chlorure de sodium), qui agit comme un excellent électrolyte, facilitant la circulation du courant électrique et accélérant les processus d'oxydation.

Plusieurs types de corrosion peuvent se produire dans les environnements d'eau salée.

• Généralités : On parle de corrosion générale lorsque toute la surface d'un métal se corrode à une vitesse uniforme.
• Galvanique : La corrosion galvanique se produit lorsque deux ou plusieurs métaux différents entrent en contact électrique dans un environnement corrosif. Le métal le plus actif (anodique) se corrode à une vitesse accélérée, tandis que le métal le plus noble (cathodique) est protégé.
• Crevasse : La corrosion caverneuse est une corrosion localisée dans des endroits stagnants, tels que ceux que l'on trouve sous les joints, les rondelles, les matériaux d'isolation, les têtes de fixation, les dépôts de surface et les crevasses dans les métaux corrodés.
• Piqûres : Les piqûres sont une forme de corrosion très localisée qui crée de petits trous dans le métal.
• Intergranulaire : La corrosion intergranulaire, une attaque sélective des joints de grains du métal, peut également se produire dans certaines conditions, par exemple lorsque le métal est exposé à des conditions corrosives pendant une période prolongée.

Dans chaque cas, le processus de corrosion peut entraîner une perte de matériaux, compromettant la résistance et l'intégrité des structures, des équipements ou des navires, ce qui peut entraîner des défaillances et des accidents. Le coût économique de la corrosion est élevé et nécessite des ressources importantes pour le remplacement et la réparation des matériaux corrodés. Il est donc essentiel de comprendre et d'atténuer la corrosion dans les environnements d'eau salée.

Métaux dans les applications en eau salée

Cette section couvre quatre métaux que l'on trouve couramment dans les applications marines. Le tableau suivant donne une brève vue d'ensemble et une comparaison entre les métaux.

Tableau 1 : Vue d'ensemble/tableau de comparaison de l'adéquation de l'acier inoxydable, de la fonte, du laiton et de l'aluminium dans les applications en eau salée

Type de métal	Coût relatif	Résistance relative à l'eau salée	Résistance et durabilité relatives	Avantage principal	Désavantage principal
Acier inoxydable	Haut	Haut	Haut	Très résistant à la corrosion et aux températures élevées	Coûteux et moins malléable que d'autres métaux
Fonte	Moyen	Faible	Haut	Résistance à la chaleur et durabilité élevées	Susceptible de rouiller
Laiton	Moyenne-élevée	Haut	Moyen	Très résistant à la corrosion, idéal pour les systèmes d'eau chaude	Moins résistant que l'acier, peut être sujet à la dézincification
Aluminum	Faible	Moyen	Faible-Moyen	Léger, bonne conductivité thermique et électrique	Faible résistance, peut se corroder dans des environnements très alcalins ou acides

Acier inoxydable

L'acier inoxydable est un matériau qui convient parfaitement aux environnements d'eau salée. Les facteurs de l'acier inoxydable qui le rendent essentiel dans les milieux marins sont les suivants :

• Résistance à la corrosion : La principale caractéristique de l'acier inoxydable est sa remarquable résistance à la corrosion, en particulier à la rouille. Ceci est principalement dû à la présence d'au moins 10,5 % de chrome dans sa composition, qui réagit avec l'oxygène pour former une fine couche invisible d'oxyde de chrome à la surface de l'acier. Cette couche hautement adhésive et non réactive protège l'acier des éléments corrosifs, y compris l'eau salée.
• Auto-guérison : Si la couche d'oxyde de chrome est endommagée, le chrome exposé de l'acier réagit avec l'oxygène pour restaurer la couche, ce qui lui confère une propriété d'auto-guérison que l'on ne retrouve pas dans la plupart des autres métaux.
• Durabilité : L'acier inoxydable est durable, avec une résistance à la traction et une robustesse élevées. Il est donc capable de résister aux conditions difficiles des environnements marins, y compris aux impacts physiques qui peuvent s'y produire.
• Variété de grades : Les différentes qualités d'acier inoxydable marin sont optimisées pour différents environnements. Par exemple, l'acier inoxydable 316, souvent appelé acier inoxydable marin 316, contient un élément supplémentaire, le molybdène, qui renforce sa résistance aux effets corrosifs du sel et d'autres produits chimiques.
  • Acier inoxydable 304 ou 316 de qualité marine : Si les aciers inoxydables 304 et 316 sont tous deux considérés pour les applications en eau salée, les taux de corrosion de l'acier inoxydable 304 sont beaucoup plus élevés. Par conséquent, l'acier inoxydable 304 n'est pas un acier inoxydable destiné à un usage marin.
• Peu d'entretien : L'acier inoxydable est facile à nettoyer et nécessite peu d'entretien, ce qui en fait une option rentable pour une utilisation à long terme dans des environnements d'eau salée.

Fonte

La fonte est un matériau important pour les produits utilisés en milieu salin pour les raisons suivantes :

• Robustesse et coût : La fonte est robuste, lourde et durable. Il nécessite un entretien minimal et son remplacement est peu coûteux.
• Couche d'oxyde de fer : Lorsque la fonte est exposée à l'air, elle forme naturellement une couche mince et durable d'oxyde de fer à sa surface. Cette couche protectrice protège le matériau sous-jacent des effets corrosifs de l'eau salée, prolongeant ainsi sa durée de vie et préservant son intégrité structurelle.

La fonte est généralement recommandée pour les applications au-dessus ou près de l'eau. Il n'est pas recommandé pour les applications sous-marines car il est particulièrement sensible à la rouille lorsqu'il est en contact direct avec l'eau salée pendant de longues périodes.

Laiton

Le laiton est un alliage de cuivre et de zinc. Il est utilisé dans diverses applications, telles que les accessoires marins, les systèmes de dessalement et les échangeurs de chaleur. Le laiton naval est un alliage de laiton couramment utilisé dans les applications en eau salée. Il se compose de 59 % de cuivre, de 40 % de zinc, de 1 % d'étain et de traces de plomb.

Dézincification

Le laiton se ternit rapidement lorsqu'il est exposé à l'eau salée, mais il conserve son intégrité structurelle. Dans certains cas, cependant, le zinc peut être retiré de l'alliage, ne laissant que du cuivre, ce qui réduit considérablement l'intégrité structurelle de l'alliage.

La présence de taches rouges, de taches minérales ou d'une substance blanche à la surface du laiton indique que la dézincification a commencé et que le composant en laiton doit être remplacé le plus rapidement possible. La dézincification se produit dans les environnements pollués et acides.

Si les composants en laiton sont susceptibles d'interagir avec un environnement qui entraîne une dézincification, il existe plusieurs méthodes pour ralentir et atténuer le processus. Une méthode courante consiste à ajouter de l'arsenic à l'alliage de laiton de la marine lors de la fabrication du composant. Cependant, tout ce qui est fait pour protéger le laiton contre la dézincification rend le processus plus complexe et plus coûteux. Par conséquent, le laiton doit être évité si la dézincification est probable et si des matériaux plus simples sont disponibles.

Aluminum

L'aluminium est utilisé dans les environnements d'eau salée en raison de sa légèreté et de sa grande résistance. De plus, l'aluminium résiste bien à la corrosion. Lorsqu'une petite quantité de corrosion se produit, une fine couche d'oxyde d'aluminium se forme naturellement sur la surface corrodée, atténuant ainsi la poursuite de la corrosion. Cependant, dans certaines conditions, l'eau et l'air salés peuvent corroder plus rapidement que la couche protectrice ne peut se développer. Cela peut entraîner la formation de piqûres dans l'aluminium.

La protection contre la corrosion de l'aluminium dans l'eau salée est assez simple. Traditionnellement, il suffit de peindre la surface de l'aluminium pour la protéger. Toutefois, la peinture doit être rapidement entretenue lorsque des fissures ou d'autres défauts apparaissent. Plus récemment, cependant, le revêtement en poudre a été développé. Cela crée une couche protectrice dure sur l'aluminium, ce qui permet de réduire l'entretien au fil du temps.

L'aluminium ne doit pas être utilisé directement avec des métaux plus nobles comme le cuivre. Ce contact peut facilement entraîner une corrosion galvanique.

Alliages d'aluminium pour applications marines

Les alliages d'aluminium les plus couramment utilisés dans les applications en eau salée sont les alliages aluminium-silicium, aluminium-magnésium et aluminium-magnésium-silicium.

• Al-Si : Les alliages d'aluminium et de silicium ont une résistance satisfaisante, ce qui les rend adaptés à l'utilisation de blocs moteurs. En ajoutant des éléments tels que le cuivre et le magnésium, ces alliages peuvent également servir d'agent d'apport pour le soudage. Ils sont couramment utilisés pour créer des pièces moulées étanches et résistantes à la fatigue, ainsi que des pièces cruciales pour la marine.
• Al-Mg : Les alliages d'aluminium et de magnésium ne peuvent pas être traités thermiquement et sont difficiles à façonner, mais ils résistent très bien à la rouille et sont donc parfaits pour les pièces qui entrent souvent en contact avec l'eau de mer.
• Al-Mg-Si : L'alliage aluminium-magnésium-silicium est apprécié pour ses qualités esthétiques et structurelles et permet de réaliser des finitions. Il est couramment utilisé pour les projets architecturaux intérieurs et extérieurs. Ces alliages peuvent être traités thermiquement, ont une bonne résistance, peuvent être façonnés facilement et résistent très bien à la corrosion.

PVC dans les applications en eau salée

Le PVC et d'autres matières plastiques sont depuis longtemps reconnus comme des matériaux adaptés aux applications en eau salée en raison de leurs propriétés uniques qui leur permettent de résister à l'environnement hostile de l'eau salée.

• Résistance à la corrosion : Le PVC résiste à la corrosion de l'eau de mer, ce qui en fait un matériau idéal pour la manipulation de l'eau de mer. Contrairement aux tuyaux en métal qui s'érodent avec le temps en raison de l'exposition à l'eau salée, les tuyaux en PVC conservent leur structure et leur fonctionnalité.
• Non conducteur : Le PVC ne conduit pas l'électricité. Il s'agit d'une caractéristique essentielle dans les applications en eau salée, car l'eau salée est un bon conducteur d'électricité. L'utilisation du PVC réduit donc le risque d'accidents électriques.
• Le rapport coût-efficacité : Les composants en PVC sont généralement moins chers que les composants métalliques. De plus, grâce à sa légèreté, il est plus facile et plus rentable de le transporter et de l'installer. Enfin, grâce à sa résistance à la corrosion, le PVC nécessite moins d'entretien, ce qui réduit les coûts à long terme.

L'utilisation du PVC dans les applications en eau salée présente des inconvénients :

• Sensibilité à la lumière du soleil : Une exposition prolongée à la lumière du soleil peut rendre le PVC cassant et le fissurer au fil du temps.
• Faible résistance chimique : La résistance chimique du PVC est relativement limitée. Par exemple, l'exposition à des solvants organiques peut rendre le PVC mou et lui faire perdre sa forme.
• Température et pression : Le PVC a généralement des caractéristiques de température et de pression inférieures à celles du métal. Il peut supporter des températures allant jusqu'à 60 °C (140 °F) et des pressions allant jusqu'à 13,8 bars (200 psi).

Les caoutchoucs dans les applications en eau salée

Les composants du système qui nécessitent un joint d'étanchéité (par exemple, les vannes) doivent également être adaptés à un environnement salin. Les trois principaux matériaux utilisés sont l'EPDM, le caoutchouc néoprène et le PTFE. Les facteurs suivants doivent être pris en compte lors de la sélection de l'un d'entre eux :

• Coût : Si le budget influe de manière significative sur le choix du matériau, les joints en caoutchouc EPDM et néoprène sont généralement moins coûteux que les joints en PTFE.
• Résistance à l'eau salée : Ces trois matériaux présentent une résistance élevée à l'eau salée. Il n'y a pas de différence significative entre eux.
• Résistance à l'environnement : L'EPDM présente une plus grande résistance à l'ozone, aux intempéries et aux rayons UV que les deux autres matériaux. Il est donc particulièrement adapté aux applications extérieures en eau salée.
• Résistance chimique : Le PTFE présente une plus grande résistance aux produits chimiques que les deux autres matériaux. Pour en savoir plus, lisez notre guide sur la résistance aux produits chimiques.
• Plage de température : Les trois matériaux ont en moyenne les plages de température suivantes :
  • PTFE : -20 °C à 180 °C (-4 °F à 356 °F)
  • EPDM : -50 °C à 120 °C (-60 °F à 250 °F)
  • Néoprène : -40 °C à 120 °C (-40 °F à 250 °F)
• Pression nominale : Les trois matériaux ont les pressions nominales suivantes :
  • PTFE : 20 bar (290 psi)
  • EPDM : 10 bar (145 psi)
  • Néoprène : 15 bar (217 psi)
• Note: Les plages de température et les pressions nominales sont susceptibles d'être modifiées de manière significative en fonction de la structure spécifique du joint. Par conséquent, utilisez les informations ci-dessus comme une ligne directrice générale, mais vérifiez toujours les valeurs spécifiques auprès du fabricant du produit.

Applications dans le domaine des hydrocarbures

L'EPDM et le néoprène ne conviennent pas aux applications impliquant des huiles, de l'essence et d'autres hydrocarbures. Seul le PTFE est très résistant à ces milieux.

Applications de matériaux courants

Utilisez les exemples d'applications suivants comme lignes directrices pour comprendre quels matériaux choisir pour les composants du système, tels que les vannes et les raccords :

• Acier inoxydable : Grâce à leur résistance à la corrosion, les vannes et les raccords en acier inoxydable peuvent être utilisés dans une grande variété d'applications en eau salée. Dans l'industrie maritime, ils contrôlent l'écoulement des fluides dans les navires, les sous-marins et les plates-formes de forage en mer. Dans les usines de dessalement, ils gèrent le flux d'eau de mer et l'eau douce qui en résulte.
• Fonte : Les vannes et raccords en fonte sont moins résistants à la corrosion que l'acier inoxydable. Ils sont utilisés lorsque la résistance est requise et que l'exposition à l'eau salée n'est pas constante. On les trouve dans les systèmes de refroidissement à l'eau salée, les systèmes de ballastage des navires et certains composants des plates-formes offshore.
• Laiton : Les vannes et les raccords en laiton résistent à l'eau de mer et sont utilisés dans les systèmes de plomberie marine. Ils sont courants dans les systèmes de refroidissement et de chauffage des bateaux, des navires et des usines de traitement de l'eau de mer.
• Aluminium : Les vannes et les raccords en aluminium sont souvent utilisés dans les navires, en particulier lorsque le poids est un facteur important. Ils peuvent être utilisés dans les systèmes hydrauliques de certains bateaux légers ou dans les aquariums d'eau de mer.
• PVC : Les vannes et raccords en PVC sont très résistants à l'eau salée et sont souvent utilisés dans les applications maritimes où la résistance à la corrosion est essentielle, mais où les composants métalliques ne sont pas nécessaires. Ils sont largement utilisés dans les systèmes de plomberie d'eau de mer, les usines de dessalement et les industries aquacoles pour contrôler le débit d'eau.

FAQ

L'acier inoxydable rouille-t-il dans l'eau salée ?

L'acier inoxydable est très résistant à la corrosion due à l'eau salée ; toutefois, il finira par rouiller et se corroder s'il est directement exposé à l'eau salée pendant une période prolongée.

Le laiton résiste-t-il à l'eau salée ?

Le laiton ne résiste pas à l'eau salée. Il se ternira au minimum et, au maximum, subira une dézincification qui ruinera son intégrité structurelle. Le laiton naval est une option plus résistante.