Corrosion Module

Simulation des Phénomènes de Corrosion Electrochimiques et de la Protection Cathodique

Corrosion Module

Immergée dans l'eau de mer, une structure en acier est protégée de la corrosion par 40 anodes sacrificielles. Cet exemple permet de simuler la distribution de potentiel au niveau de la surface de la structure protégée en supposant un courant limite constant pour la réduction d'oxygène à la surface protégée.

La Corrosion Electrochimique est Partout

La corrosion coûte cher, de l'ordre de 1 000 milliards de dollars par an à l'échelle mondiale. La corrosion se développe souvent sous l'effet de réactions électrochimiques intervenant en milieu aqueux ou dans un environnement humide ou mouillé. Les ingénieurs et les scientifiques ont la possibilité d'utiliser le Corrosion Module pour étudier ces phénomènes, comprendre l'action de la corrosion pendant toute la durée de vie d'une structure et mettre en œuvre des mesures préventives qui permettent de contrer la corrosion électrochimique pour protéger leurs structures. Le module permet d'effectuer une simulation de la corrosion à micro-échelle pour étudier les mécanismes fondamentaux, puis à des échelles plus grandes afin de déterminer les techniques les plus efficaces pour protéger de la corrosion des structures massives ou volumineuses.

Rien ne Remplace une Compréhension Fine de la Corrosion

Le Corrosion Module propose les fonctionnalités, les interfaces et les exemples de modèles qui permettent une approche directe de la simulation de tous les phénomènes de corrosion électrochimique (corrosion galvanique, profonde et caverneuse). Dans le matériau corrosif et corrodé, le transport est pris en compte par la simulation temporelle des changements sur la surface de corrosion et l'électrolyte en contact avec cette surface. Le Corrosion Module propose des interfaces standards qui permettent de modéliser le potentiel de corrosion et les distributions de courants pour les processus de corrosion, en décrivant la réaction électrochimique à l'aide des équations de Tafel et de Butler-Volmer ou d'autres équations définies par l'utilisateur. Les réactions électrochimiques sont entièrement résolues avec le potentiel électrique dans les électrolytes et les structures métalliques, les réactions chimiques homogènes et une propriété spécifique des processus de corrosion (tel que le changement de forme d'une surface métallique sous l'effet de la corrosion).

Images Supplémentaires

  • Concentrations d'espèces corrosives le long d'une crevasse Concentrations d'espèces corrosives le long d'une crevasse
  • Potentiel de l'électrolyte sur la coque d'un navire pour un processus de protection cathodique par courant imposé (ICCP) Potentiel de l'électrolyte sur la coque d'un navire pour un processus de protection cathodique par courant imposé (ICCP)
  • Concentration en fer et contours du potentiel de l'électrolyte dans l'étude de distribution du courant tertiaire pour la corrosion galvanique d'un clou galvanisé. Concentration en fer et contours du potentiel de l'électrolyte dans l'étude de distribution du courant tertiaire pour la corrosion galvanique d'un clou galvanisé.

Optimisation des Systèmes de Protection contre la Corrosion

Le Corrosion Module permet également de concevoir des systèmes efficaces de protection contre la corrosion, par exemple : simulation d'un processus de protection cathodique par courant imposé (ICCP), anodes sacrificielles et protection anodique, dans laquelle un courant anodique est appliqué au métal corrodé pour entraîner la formation d'un domaine de passivation.

En utilisant le Corrosion Module pour étudier les mécanismes de protection spécifiques à micro-échelle, il est possible d'extraire les paramètres qui permettent de simuler une grande structure (par exemple, les structures protégées se recouvrent d'une couche d'hydroxyde). Il est possible d'importer dans COMSOL Multiphysics les fichiers CAO des géométries, puis de configurer la description du processus de protection. Une fois que les zones de risque de corrosion accélérée ont été identifiées dans la structure, il est possible de définir l'emplacement des anodes sacrificielles et les points d'imposition des courants de protection cathodiques ou anodiques.

Le module est utile pour une autre application : estimer l'effet des courants vagabonds sur la corrosion des structures enfouies ou sous-marines. Le module peut également être utilisé pour optimiser le positionnement des électrodes de protection afin de contrer ce mécanisme de corrosion. Des électrodes bien placées canalisent les courants vagabonds pour éviter la corrosion de la structure voisine de la source de ces courants (par exemple, une voie ferrée).

Modélisation des Effets Associés à la Corrosion Electrochimique

La corrosion peut avoir à la longue un effet catastrophique sur une grande structure. Comme elle en altère le matériau, elle risque de compromettre son intégrité structurelle.

Il peut parfois être utile de coupler une analyse structurelle et une analyse de corrosion pour déterminer les parties de la structure qui sont soumises à des contraintes et des déformations élevées. La corrosion peut avoir un effet particulièrement destructeur sur ces parties et il convient de bien les protéger. Il est possible de coupler le Corrosion Module et le Structural Mechanics Module afin de bien comprendre les effets de la corrosion et d'optimiser la technique de protection contre la corrosion choisie. Cette possibilité est l'un des points forts de COMSOL Multiphysics, qui permet de coupler directement des modèles créés dans un module à un autre module.

Il peut aussi être nécessaire de coupler l'écoulement en régime turbulent et multiphasique avec le transport d'espèces chimiques. Ceci est réalisé en associant le CFD Module avec les interfaces de transport de masse du Corrosion Module afin d'obtenir des descriptions précises du transport de masse.

Submarines: Corrosion Protection or Enemy Detection?

Galvanized Nail

Oil Platform Corrosion Protection Using Sacrificial Anodes

Cyclic Voltammetry at an Electrode

Crevice Corrosion with Electrode Deformation

Electrochemical Impedance Spectroscopy

Ship Hull Corrosion Mitigation

Cathodic Protection of Steel in Concrete

Atmospheric Corrosion

Model of a Diffuse Double Layer