ISO 12473:2006
(Main)General principles of cathodic protection in sea water
General principles of cathodic protection in sea water
ISO 12473:2006 covers the general principles of cathodic protection including the criteria for protection, environmental and design considerations and secondary effects of cathodic protection, and is intended as an introduction to other European Standards in the general series "Cathodic Protection of Steel Structures in Sea Water".
Principes généraux de la protection cathodique en eau de mer
L'ISO 12473:2006 traite des principes généraux de protection cathodique à savoir les critères de protection, les facteurs influant sur le calcul, ceux relatifs à l'environnement et les effets secondaires de la protection cathodique. Elle sert aussi d'introduction aux autres normes européennes dans la série générale "Protection cathodique des structures en acier en eau de mer".
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 12473
First edition
2006-04-01
General principles of cathodic protection
in sea water
Principes généraux de la protection cathodique en eau de mer
Reference number
ISO 12473:2006(E)
©
ISO 2006
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Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 12473 was prepared by the European Committee for Standardization (CEN) (as EN 12473) and was
adopted, under a special “fast-track procedure”, by Technical Committee ISO/TC 156, Corrosion of metals
and alloys, in parallel with its approval by the ISO member bodies.
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EN 12473:2000
Contents Page
Foreword.iii
1 Scope.1
2 Normative references.1
...........................................................................................................................1
3 Terms and definitions
........................................................................ 5
4 Corrosion principles of buried or immersed metals
........................................................................................................ 5
4.1 The nature of metallic corrosion
4.2 Polarisation. 6
5 Principles of cathodic protection . 8
6 The application of cathodic protection.10
6.1 Sacrificial anode method.10
6.2 Impressed current method.10
6.3 Hybrid systems.10
7 Determination of level of cathodic protection.13
.......................................................................................................13
7.1 Measurement of protection level
..........................................................................................................................13
7.2 Reference electrodes
....................................................................................................13
7.3 Potentials of reference electrodes
7.4 Potential measurement.14
8 Guidance for protection.14
8.1 General .14
8.2 Steel.14
8.3 Other metallic materials.16
9 Design considerations.18
9.1 Introduction .18
............................................................................................................19
9.2 Technical and operating data
....................................................................................................................19
9.3 Surfaces to be protected
.............................................................................................................................19
9.4 Protective coatings
9.5 Availability of electrical power.19
9.6 Weight limitations .19
9.7 Adjacent structures.19
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9.8 Installation considerations.20
9.9 Current demand .20
.......................................................................20
10 Effect of environmental factors on current demand
.........................................................................................................................................20
10.1 Introduction
................................................................................................................................20
10.2 Dissolved oxygen
.........................................................................................................................................20
10.3 Sea currents
10.4 Calcareous deposits .21
10.5 Temperature.21
10.6 Salinity.22
10.7 pH.22
10.8 Marine fouling.22
10.9 Effect of depth .22
........................................................................................................22
10.10 Seasonal variations and storms
........................................................................................22
11 Secondary effects of cathodic protection
..............................................................................................................................................23
11.1 Alkalinity
...................................................................................................23
11.2 Environmentally-assisted cracking
11.3 Chlorine.24
11.4 Stray currents and Interference effects .24
12 The use of cathodic protection in association with surface coatings.24
12.1 Introduction .24
12.2 Coating selection .25
12.3 Coating breakdown.25
............................................................................................................26
Annex A (normative) Reference electrodes
Bibliography .28
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EN 12473:2000
Foreword
This European Standard has been prepared by Technical Committee CEN/TC 219 "Cathodic protection", the
secretariat of which is held by BSI.
This European Standard shall be given the status of a national standard, either by publication of an identical text or
by endorsement, at the latest by July 2000, and conflicting national standards shall be withdrawn at the latest by
July 2000.
According to the CEN/CENELEC Internal Regulations, the national standards organizations of the following
countries are bound to implement this European Standard: Austria, Belgium, Czech Republic, Denmark, Finland,
France, Germany, Greece, Iceland, Ireland, Italy, Luxembourg, Netherlands, Norway, Portugal, Spain, Sweden,
Switzerland and the United Kingdom.
Annex A of this European standard is normative.
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EN 12473:2000
1 Scope
This European Standard covers the general principles of cathodic protection including the criteria for protection,
environmental and design considerations and secondary effects of cathodic protection and is intended as an
introduction to other European Standards in the general series "Cathodic Protection of Steel Structures in Sea
Water".
This European Standard provides a link between the theoretical aspects and the practical applications of cathodic
protection as contained in the European Standards:
prEN 12474:1997, Cathodic protection for submarine pipelines.
EN 12495:2000, Cathodic protection for fixed steel offshore structures.
prEN 12496:1997, Galvanic anodes for cathodic protection in sea water and saline mud.
prEN 13173:1998, Cathodic protection for steel offshore floating structures.
This group of European Standards does not cover cathodic protection of steel in concrete whether immersed or
atmospherically exposed. These aspects are covered by prEN 12696-1:1997 and prEN 12696-2.
2 Normative references
This European Standard incorporates by dated or undated reference, provisions from other publications. These
normative references are cited at the appropriate places in the text and the publications are listed hereafter. For
dated references, subsequent amendments to or revisions of any of these publications apply to this European
Standard only when incorporated in it by amendment or revision. For undated references the latest edition of the
publication referred to applies.
EN ISO 8044, Corrosion of metals and alloys – Basic terms and definitions (ISO 8044:1999).
3 Terms and definitions
For the purposes of this European Standard the terms and definitions in EN ISO 8044 and the following apply:
3.1
acidity
presence of an excess of hydrogen ions over hydroxyl ions (pH < 7)
3.2
alkalinity
presence of an excess of hydroxyl ions over hydrogen ions (pH > 7)
3.3
anaerobic condition
absence of free oxygen in the electrolyte
3.4
anodic area
that part of a metal surface which acts as an anode
3.5
bond
metal conductor, usually of copper, connecting two points with the intention of making the points equipotential
3.6
calcareous deposits
minerals precipitated on the steel cathode because of the increased alkalinity caused by cathodic protection
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3.7
calomel reference electrode
reference electrode consisting of mercury and mercurous chloride in a saturated solution of potassium chloride
3.8
cathodic area
that part of a metal surface which acts as a cathode
3.9
cathodic disbonding
failure of adhesion between a coating and a metallic surface that is directly attributable to the application of
cathodic protection
3.10
cathodic protection system
entire installation, including active and passive elements, that provides cathodic protection
3.11
cell
complete electrolytic system comprising of a cathode and an anode in electrical contact and with an intervening
electrolyte
3.12
coating breakdown factor
coating breakdown factor is the anticipated reduction in cathodic current density due to the application of an
electrically insulating coating when compared to that of bare steel
3.13
coating defect
discontinuity in the protective coating
3.14
coating resistance
electrical resistance between a coated metal and the electrolyte. It is determined largely by the size and number of
coating defects and coating pores and is, therefore, indicative of the condition of the coating
3.15
conductor
substance in which electric current flows
3.16
continuity bond
bond designed and installed specifically to ensure electrical continuity of a structure
3.17
copper/copper sulphate reference electrode
reference electrode consisting of copper in a saturated solution of copper sulphate
3.18
corrosion interference
increase or decrease in the rate of corrosion, or the tendency towards corrosion, of an immersed structure caused
by the interception of part of the cathodic protection current applied to another immersed structure
3.19
depolarization
removal of factors resisting the flow of current in a cell
3.20
dielectric shield
alkali resistant organic coating applied to the structure being protected in the immediate vicinity of an impressed
current anode to enhance the spread of cathodic protection and minimize the risk of hydrogen damage to the
protected structure in the vicinity of the anode
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3.21
drainage bond
bond to achieve electric drainage
3.22
driving potential
difference between the structure/electrolyte potential and the anode/electrolyte potential
3.23
electrical resistance of coating
see coating resistance
3.24
electronegative
qualification applied to a metallic electrode to indicate that its potential is negative with respect to another metallic
electrode in the system
3.25
electro-osmosis
passage of a liquid through a porous medium under the influence of a potential difference
3.26
environmentally assisted cracking
brittle fracture of a normally ductile material in which the corrosive effect of the environment is a contributory factor
3.27
galvanic action
spontaneous electrochemical reaction which occurs in a system comprising a cathode and an anode in electrical
contact and with an intervening electrolyte, resulting in corrosion of the anode
3.28
groundbed
system of immersed electrodes connected to the positive terminal of an independent source of direct current and
used to direct the cathodic protection current onto the structure being protected
3.29
holiday
see coating defect
3.30
impressed current anode
anode in an impressed current installation
3.31
insulated flange
flanged joint between adjacent lengths of pipe in which the nuts and bolts are electrically insulated from one or both
of the flanges and the gasket is non-conducting, so that there is an electrical discontinuity in the pipeline at that
point
3.32
ion
atom, or group of atoms, carrying a charge of positive or negative electricity
3.33
isolating joint
electrically discontinuous joint or coupling between two lengths of pipe, inserted in order to provide electrical
discontinuity between them
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3.34
over polarization
when the structure to electrolyte potentials are more negative than those recommended for satisfactory cathodic
protection. Over polarization provides no useful function and may even cause damage to the structure by
excessive production of gases which may cause embrittlement or protective coating damage
3.35
polarization
change in the potential of an electrode as the result of current flow to or from that electrode
3.36
potential gradient
difference in potential between two separate points in the same electric field
3.37
protected structure
structure to which cathodic protection is effectively applied
3.38
protection current
current made to flow into a metallic structure from its electrolytic environment in order to effect cathodic protection
of the structure
3.39
resistivity (of an electrolyte)
resistivity is the resistance of an electrolyte of unit cross section and unit length. It is expressed in ohm(s) metres
( m). The resistivity depends, amongst other things, upon the amount of dissolved salts in the electrolyte
3.40
scale precipitation
formation of insoluble chemical compounds on the surface of a cathodically protected structure. These are referred
to as calcareous deposits (see 3.6)
3.41
silver/silver chloride reference electrode
reference electrode consisting of silver, coated with silver chloride, in an electrolyte containing chloride ions
3.42
slow strain rate test
this test involves the slow tensile loading of a specimen of a circular cross section under conditions of constant
strain rate with the gauge area exposed to the test environment
3.43
standard hydrogen electrode
reference electrode consisting of an electro-positive metal, such as platinum, in an electrolyte containing hydrogen
ions at unit activity and saturated with hydrogen gas at one standard atmosphere
3.44
structure to electrolyte potential
difference in potential between a structure and a specified reference electrode in contact with the electrolyte at a
point sufficiently close to, but without actually touching the structure, to avoid error due to the voltage drop
associated with any current flowing in the electrolyte
3.45
sulphate reducing bacteria
group of bacteria found in most soils and natural waters, but active only in conditions of near neutrality and freedom
from oxygen. They reduce sulphates in their environment, with the production of sulphides and accelerate the
corrosion of structural materials
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3.46
telluric currents
electrical currents induced by time varying changes in the earth's magnetic field. These currents flow generally in
the earth or in the oceans. They are able to flow in metallic conductors laid in the soil or in the sea
3.47
transformer rectifier
transformer rectifier is a device that transforms the alternating voltage to a suitable value and then rectifies it to
direct current. Direct current derived in this way is used as a power source for impressed current cathodic
protection systems
4 Corrosion principles of buried or immersed metals
4.1 The nature of metallic corrosion
When a metal corrodes in contact with an electrolyte neutral atoms pass into solution by forming positively charged
ions and excess electrons are left in the metal. The process for iron may be expressed as
2+ -
Fe Fe +2e (1)
Thus corrosion is accompanied by the flow of an electric current from metal to electrolyte due to the movement of
positive ions into the electrolyte and of electrons into the metal. Any area to which current flows is referred to as an
anodic area and the reaction is called an anodic reaction. The metallic ions may react with negative ions in the
electrolyte to give insoluble corrosion products (for example, rust in the case of steel). Such reactions do not
materially affect the corrosion process except where insoluble corrosion products stifle further corrosion attack.
For the corrosion reaction to proceed the overall electric neutrality has to be maintained. Therefore, the movement
of electrons into the metal and positive ions into the electrolyte at the anodic areas has to be counterbalanced by
the consumption of electrons at other areas, known as cathodic areas.
Various reactions can occur at cathodic areas and these are known as cathodic reactions.
The following equations show the most common reactions that occur at cathodes:
- -
O +2 HO+ 4e 4 OH (2)
2 2
oxygen water electrons hydroxyl ions
+ -
2H +2e H (3)
2
hydrogen ions electrons hydrogen gas
- -
2HO+ 2e H +2 OH (4)
2
2
The first of these reactions occurs in the presence of dissolved oxygen and near-neutral conditions.
The second is favoured by acidity (excess of hydrogen ions) while the third is dominant at pH values greater than
neutral.
In aerated near neutral conditions, the iron ions produced at the anode react with the hydroxyl ions formed at the
cathodic sites to produce ferrous hydroxide.
2+ -
Fe +2OH Fe(OH) (5)
2
.
The ferrous hydroxide is readily oxidised by dissolved oxygen to form hydrated ferric oxide Fe O H O:
2 3 2
4Fe(OH)+O 2HO+ 2Fe O . HO(6)
2 2 2 2 3 2
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Thus the overall reaction which proceeds through a series of intermediate steps may be written as:
4Fe + 3O +2H O 2Fe O . HO(7)
2 2 2 3 2
hydrated ferric
oxide (rust)
In practice the rate of corrosion is often determined by the rate at which the cathodic reaction can be sustained.
In near neutral anaerobic waterlogged environments sulphate reducing bacteria may give rise to a further type of
cathodic reaction in the corrosion of iron and steel. These microbes reduce dissolved sulphates to sulphides
possibly through the reaction
2- + - 2-
SO +8H +8e S +4HO(8)
4 2
and the corrosion is characterised by the fact that it occurs
a) in the absence of air; and
b) sulphides are present in the corrosion products.
From the composition of the actual products formed it is probable that the corrosion mechanism involves cathodic
depolarisation which may be represented by the simplified equation (9);
2- -
4Fe + 4HO+ SO 3Fe(OH) + FeS + 2OH (9)
2 4 2
Stimulation of the cathodic reaction depends on the bacteria possessing an enzyme (hydrogenase) to enable them
to oxidise hydrogen found at the cathodic sites.
The sulphide ions produced by the reduction of sulphate can sometimes stimulate the anodic process of iron
dissolution.
4.2 Polarisation
Where corrosion occurs, the potential difference between the two electrochemical reactions on the surface
provides the driving force for the reaction. As a result, both electrode reactions are changed from their equilibrium
condition causing a net anodic reaction to occur in one case and a net cathodic reaction in the other. The two
potentials approach one another because all or part of the potential difference is used in driving the individual
reactions. For corrosion to occur spontaneously, not only does there have to be a difference between the two
reaction potentials, but the potential of the cathodic process has to be more positive than that for the anodic
process.
These circumstances are represented schematically in figure 1, which is a plot of electrode potential, E, against the
logarithm of the reaction rate. Because anodic and cathodic reactions release and consume electrons, respectively,
the anodic and cathodic reaction rates are represented by an electrical current, I. For simplicity, both reaction rates
are plotted on the same axis, the direction of the current is ignored and only the magnitude is used to represent
rate.
E is the equilibrium potential for the cathodic reaction where there is no net cathodic reaction rate. The negative
c
changing curve from E shows that, as the potential becomes more negative, the cathodic reaction rate increases.
c
Conversely, E is the equilibrium potential for the anodic reaction [eg equation (1)] and again at E there is no net
a a
anodic reaction. The positive changing curve from E shows that, as the potential becomes more positive, the
a
anodic reaction rate increases.
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Key :
x log i
y electrode potential
1 anodic kinetics
2 cathodic kinetics
Figure 1 — Polarisation diagram schematically representing the electrochemistry of aqueous corrosion
When corrosion takes place, the anodic reaction rate is exactly equal to the cathodic reaction rate. In environments
of high conductivity (eg sea water or seabed mud) the corroding metal exhibits a single potential which lies
between E and E . In figure 1 this condition occurs where the anodic and cathodic curves cross. The potential at
c a
this point is referred to as the corrosion potential, E . It is the single potential exhibited by a corroding metal. The
corr
current, i
, is referred to as the corrosion current and it is an electrical representation of the corrosion rate. In
corr
practice, a corroding metal does not take up potential E or E , but spontaneously moves to E .
a c corr
While the shape of the individual E - log i curves may vary, with the prevailing environmental conditions, the
manner in which the so-called polarisation diagrams are interpreted in terms of E and i remain the same.
corr
corr
On steel in sea water, the anodic process occurs more easily than the cathodic reaction but it is limited by the rate
of the cathodic reaction. This is largely controlled by the rate of arrival of the oxygen at the metal surface, which
may be due to the dissolved oxygen concentration in the sea water and the water flow rate.
This may be represented on a polarisation diagrams (figure 2).
Increasing either the velocity and/or the oxygen concentration will have the effect of increasing the limiting current
i .
L
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Key :
x log i
y electrode potential
a) shows the effect of velocity of the solution (V ), and
x
b) shows the effect of the concentration of dissolved oxygen (C )
x
Figure 2 — Polarisation diagram representing control of corrosion rate by sluggish cathodic kinetics (in
this case it is controlled by the rate of arrival of oxygen at the surface) and the effect of increasing oxygen
availability
The solubility of oxygen in sea water is a function of temperature and salinity and therefore varies with water depth
and geographic location.
5 Principles of cathodic protection
Figure 3 shows a schematic polarisation diagram for the steel corroding with oxygen reduction as the cathodic
process. The corrosion potential is given by E , and the corrosion rate,
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 12473
Première édition
2006-04-01
Principes généraux de la protection
cathodique en eau de mer
General principles of cathodic protection in sea water
Numéro de référence
ISO 12473:2006(F)
©
ISO 2006
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ISO 12473:2006(F)
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Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L’ISO 12473 a été élaborée par le comité européen de normalisation (CEN) (en tant que EN 12473) et a été
adoptée, selon une procédure spéciale par «voie express», par le comité technique ISO/TC 156, Corrosion
des métaux et alliages, parallèlement à son approbation par les comités membres de l'ISO.
© ISO 2006 – Tous droits réservés iii
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ISO 12473:2006(F)
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EN 12473:2000
Sommaire Page
Avant-propos.iii
..........................................................................................................................1
1 Domaine d'application
.........................................................................................................................1
2 Références normatives
............................................................................................................................1
3 Termes et définitions
...........................................................5
4 Principes de la corrosion des métaux enfouis ou immergés
.......................................................................................................5
4.1 Nature de la corrosion métallique
4.2 Polarisation.6
5 Principes de la protection cathodique.8
6 Mise en oeuvre de la protection cathodique .10
6.1 Méthode par anodes galvaniques .10
6.2 Méthode à courant imposé.10
6.3 Systèmes mixtes .11
........................................................................13
7 Détermination du niveau de protection cathodique
........................................................................................................13
7.1 Mesure du niveau de protection
......................................................................................................................13
7.2 Electrodes de référence
7.3 Potentiels des électrodes de référence .14
7.4 Mesure du potentiel .14
8 Recommandations pour la protection .14
8.1 Généralités.14
8.2 Acier.14
8.3 Autres matériaux métalliques .15
9 Conception - Facteurs principaux .18
.........................................................................................................................................18
9.1 Introduction
...............................................................................19
9.2 Données techniques et données d'exploitation
.............................................................................................................................19
9.3 Surfaces à protéger
9.4 Revêtements protecteurs .19
9.5 Disponibilité d'énergie électrique.19
9.6 Limites de poids.20
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9.7 Structures adjacentes.20
9.8 Considérations relatives aux installations.20
.............................................................................................................................20
9.9 Besoins en courant
...................................................20
10 Effet des facteurs d'environnement sur les besoins en courant
.........................................................................................................................................20
10.1 Introduction
10.2 Oxygène dissous .21
10.3 Courants marins.21
10.4 Dépôts calco-magnésiens.21
10.5 Température.22
10.6 Salinité.22
10.7 pH.22
10.8 Salissures marines .22
.........................................................................................................................23
10.9 Effet de la profondeur
.................................................................................................23
10.10 Variations saisonnières et tempêtes
..............................................................................23
11 Effets secondaires de la protection cathodique
11.1 Alcalinité .23
11.2 Fissuration favorisée par l'environnement.23
11.3 Chlore.24
11.4 Courants vagabonds et effets d'interférence.24
12 Utilisation d'une protection cathodique associée à des revêtements .25
12.1 Introduction .25
.......................................................................................................................25
12.2 Choix des revêtements
................................................................................................................25
12.3 Dégradation du revêtement
.....................................................................................................27
Annexe A (normative) Electrodes de référence
Bibliographie .29
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Avant-propos
La présente norme européenne a été élaborée par le Comité Technique CEN/TC 219 "Cathodic Protection" dont le
secrétariat est tenu par le BSI.
Cette norme européenne devra recevoir le statut de norme nationale, soit par publication d'un texte identique, soit
par entérinement, au plus tard en juillet 2000, et toutes les normes nationales en contradiction devront être retirées
au plus tard en juillet 2000.
Selon le Règlement Intérieur du CEN/CENELEC, les instituts de normalisation nationaux des pays suivants sont
tenus de mettre cette norme européenne en application: Allemagne, Autriche, Belgique, Danemark, Espagne,
Finlande, France, Grèce, Irlande, Islande, Italie, Luxembourg, Norvège, Pays-Bas, Portugal, République Tchèque,
Royaume-Uni, Suède et Suisse.
L’annexe A de cette norme européenne est normative.
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1 Domaine d'application
La présente norme européenne traite des principes généraux de protection cathodique à savoir les critères de
protection, les facteurs influant sur le calcul ceux relatifs à l'environnement et les effets secondaires de la
protection cathodique. Elle sert aussi d'introduction aux autres normes européennes dans la série générale
"Protection cathodique des structures en acier en eau de mer".
La présente norme européenne permet de relier les aspects théoriques aux applications pratiques de la protection
cathodique figurant dans les normes européennes :
prEN 12474:1997, Protection cathodique des canalisations sous marines.
EN 12495:2000, Protection cathodique des structures en acier fixes en mer.
prEN 12496:1997, Anodes galvaniques pour la protection cathodique en eau de mer et dans les fonds vaseux.
prEN 13173:1998, Protection cathodique des structures en acier flottantes en mer.
Cet ensemble de normes européennes ne traite pas de la protection cathodique de l'acier dans le béton, qu'il soit
immergé ou exposé à l'atmosphère. Ces problèmes sont traités par les prEN 12696-1:1997 et prEN 12696-2.
2 Références normatives
Cette Norme Européenne comporte par référence datée ou non datée des dispositions d'autres publications. Ces
références normatives sont citées aux endroits appropriés dans le texte et les publications sont énumérées ci-
après. Pour les références datées, les amendements ou révisions ultérieurs de l'une quelconque de ces
publications ne s'appliquent à cette Norme Européenne que s'ils y ont été incorporés par amendement ou révision.
Pour les références non datées, la dernière édition de la publication à laquelle il est fait référence s'applique.
EN ISO 8044, Corrosion des métaux et alliages - Termes principaux et définitions (ISO 8044:1999).
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente Norme Européenne, les définitions de l’EN ISO 8044 et les termes et définitions
suivants s'appliquent.
3.1
acidité
présence d'un excès d'ions d'hydrogène par rapport aux ions hydroxyles (pH < 7)
3.2
alcalinité
présence d'un excès d'ions hydroxyles par rapport aux ions d'hydrogène (pH > 7)
3.3
condition anaérobie
absence d'oxygène libre dans l'électrolyte
3.4
surface anodique
partie de la surface métallique qui se comporte comme une anode
3.5
liaison
conducteur métallique, généralement en cuivre, reliant deux points dans le but de les rendre équipotentiels
3.6
dépôt calco-magnésien
précipité minéral formé à la cathode (acier) du fait de l'augmentation de pH que provoque la protection cathodique
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3.7
électrode de référence de calomel
électrode de référence composée de mercure et de chlorure mercureux dans une solution saturée de chlorure de
potassium
3.8
surface cathodique
partie de la surface métallique qui se comporte comme une cathode
3.9
décollement cathodique
défaut d'adhérence entre un revêtement et une surface métallique directement imputable à l'application de la
protection cathodique
3.10
système de protection cathodique
ensemble de l'installation qui assure la protection cathodique, ce qui inclut les éléments actifs et passifs
3.11
pile
système électrolytique complet composé d'une cathode et d'une anode en contact électrique avec un électrolyte
intermédiaire
3.12
coefficient de défaillance du revêtement
réduction anticipée de la densité du courant de protection cathodique, liée à l'emploi d'un revêtement isolant
électriquement, par rapport à la densité du courant pour l'acier nu
3.13
défaut du revêtement
solution de continuité dans le revêtement protecteur
3.14
résistance du revêtement
résistance électrique entre le métal revêtu et l'électrolyte. Elle est déterminée en grande partie par la taille et le
nombre de défauts et de pores du revêtement et constitue, par conséquent, une bonne indication sur l'état du
revêtement
3.15
conducteur
substance dans laquelle circule du courant électrique
3.16
liaison de continuité
liaison conçue et installée spécialement pour assurer la continuité électrique d'une structure
3.17
électrode de référence cuivre/sulfate de cuivre
électrode de référence constituée de cuivre dans une solution saturée de sulfate de cuivre
3.18
interférence de corrosion
augmentation ou réduction de la vitesse de corrosion, ou de la tendance à la corrosion, d'une structure immergée,
due à l'interception d'une partie du courant de protection cathodique appliqué à une autre structure immergée
3.19
dépolarisation
élimination de facteurs limitant la circulation du courant dans une pile
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3.20
bouclier diélectrique
revêtement organique résistant aux alcalis appliqué sur la structure protégée au voisinage immédiat d'une anode à
courant imposé pour augmenter la portée de la protection cathodique et diminuer le risque de fissuration induite
par l'hydrogène de la structure protégée à proximité de l'anode
3.21
liaison de drainage
liaison permettant le drainage du courant électrique
3.22
potentiel menant
différence entre le potentiel de la structure par rapport à l'électrolyte et celui de l'anode par rapport à l'électrolyte
3.23
résistance électrique du revêtement
voir résistance du revêtement
3.24
électronégatif
qualificatif appliqué à une électrode métallique pour indiquer que son potentiel est négatif par rapport à une autre
électrode métallique du système
3.25
électro-osmose
passage d'un liquide à travers un milieu poreux sous l'effet d'une différence de potentiel
3.26
fissuration favorisée par l'environnement
rupture fragile d'un matériau normalement ductile favorisée par l'effet corrosif de l'environnement
3.27
action galvanique
réaction électrochimique spontanée qui se produit dans un système comprenant une cathode et une anode mises
en contact électrique par un électrolyte intermédiaire et qui provoque la corrosion de l'anode
3.28
prise de terre
ensemble d'électrodes immergées reliées à la borne positive d'une source indépendante de courant continu et
servant à amener le courant de protection cathodique vers la structure à protéger
3.29
défaut d'enrobage
voir défaut du revêtement
3.30
anode à courant imposé
anode dans une installation à courant imposé
3.31
bride isolante
joint à brides situé entre des longueurs de tubes adjacentes dont les écrous et les boulons sont isolés
électriquement de l'une, (ou des deux), bride(s), et dont le joint d'étanchéité est non conducteur, de façon à obtenir
à ce point, une discontinuité électrique dans la canalisation
3.32
ion
atome ou groupe d'atomes, portant une charge électrique positive ou négative
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3.33
joint isolant
joint ou assemblage électriquement discontinu placé entre deux longueurs de tube pour créer une discontinuité
électrique entre elles
3.34
surpolarisation
polarisation correspondant à des potentiels de la structure par rapport à l'électrolyte plus négatifs que ceux
recommandés pour une protection cathodique satisfaisante. La surpolarisation ne présente aucune utilité et peut
même endommager la structure par une production excessive de gaz qui peut entraîner une fragilisation de la
structure ou une détérioration de son revêtement protecteur
3.35
polarisation
modification du potentiel d'une électrode résultant de la circulation du courant en direction ou en provenance de
cette électrode
3.36
gradient de potentiel
différence de potentiel entre deux points séparés dans le même champ électrique
3.37
structure protégée
structure à laquelle une protection cathodique est efficacement appliquée
3.38
courant de protection
courant appliqué à une structure métallique depuis son environnement électrolytique afin d'obtenir la protection
cathodique de la structure
3.39
résistivité (d'un électrolyte)
résistance d'un volume de l'électrolyte de section égale à l'unité et de longueur égale à l'unité. Elle est
généralement exprimée en ohm x mètre ( m). La résistivité dépend entre autres de la quantité de sels dissous
dans l'électrolyte
3.40
formation de dépôt
formation de composés chimiques insolubles à la surface d'une structure protégée cathodiquement. Ces composés
sont appelés dépôts calco-magnésiens (voir 3.6)
3.41
électrode de référence à l'argent/chlorure d'argent
électrode de référence constituée d'argent, recouvert de chlorure d'argent et baignant dans un électrolyte
contenant des ions chlorure
3.42
essai à vitesse de déformation lente
essai qui consiste à solliciter lentement une éprouvette de section circulaire à vitesse de déformation constante, la
surface entre repères étant exposée au milieu d'essai
3.43
électrode normale à hydrogène
électrode de référence composée d'un métal électropositif, comme le platine, dans un électrolyte contenant des
ions d'hydrogène à une concentration correspondant à l'unité d'activité, et saturée en hydrogène gazeux sous une
pression égale à une atmosphère normale
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3.44
potentiel de la structure par rapport à l'électrolyte
différence de potentiel entre une structure et une électrode de référence particulière en contact avec l'électrolyte en
un point situé à proximité immédiate de la structure sans toutefois la toucher, pour éviter l'erreur due à la chute de
tension due à toute circulation de courant dans l'électrolyte
3.45
bactéries réduisant les sulfates
famille de bactéries présentes dans la plupart des sols et eaux naturelles ; elles ne sont actives que dans des
conditions de quasi neutralité et d'absence d'oxygène. Elles réduisent les sulfates dans leur environnement,
produisant des sulfures, et accélèrent la corrosion des matériaux ferreux
3.46
courants telluriques
courants électriques induits par des variations dans le temps du champ magnétique terrestre. Ces courants
circulent en général dans la terre ou dans les océans. Ils sont capables de circuler dans des conducteurs
métalliques enfouis ou immergés
3.47
transformateur redresseur
dispositif qui transforme la tension alternative à une valeur appropriée et la redresse en courant continu. Le courant
continu ainsi obtenu est utilisé comme source d'énergie pour les systèmes de protection cathodique à courant
imposé
4 Principes de la corrosion des métaux enfouis ou immergés
4.1 Nature de la corrosion métallique
Lorsqu'un métal se corrode au contact d'un électrolyte, des atomes neutres passent dans la solution en formant
des ions chargés positivement, alors que les électrons en excès restent dans le métal. Le processus pour le fer
peut être exprimé comme suit :
2+ -
Fe Fe +2e (1)
Ainsi, la corrosion s'accompagne d'un courant électrique circulant du métal vers l'électrolyte, courant du au
mouvement des ions positifs dans l'électrolyte et des électrons dans le métal. Toute surface vers laquelle circule du
courant est appelée surface anodique et la réaction est appelée réaction anodique. Les ions métalliques peuvent
réagir avec des ions négatifs dans l'électrolyte et donner des produits de corrosion insolubles (par exemple de la
rouille dans le cas de l'acier). Ces réactions n'ont pas d'effet concret sur le processus de corrosion sauf lorsque les
produits de corrosion insolubles empêchent d'autres attaques de corrosion.
La réaction de corrosion est conditionnée par le maintien de la neutralité électrique globale. Par conséquent, le
mouvement d'électrons dans le métal et d'ions positifs dans l'électrolyte aux surfaces anodiques doit être
contrebalancé par la consommation d'autres électrons sur d'autres surfaces appelées surfaces cathodiques.
Différentes réactions peuvent se produire dans les surfaces cathodiques, elles sont appelées réactions
cathodiques.
Les équations suivantes montrent les réactions les plus courantes qui se produisent aux cathodes :
- -
O +2 HO+ 4e 4 OH (2)
2 2
oxygène eau électrons ions hydroxyles
+ -
2H +2e H (3)
2
ions électrons hydrogène
hydrogène gazeux
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- -
2HO+ 2e H +2 OH (4)
2 2
La première réaction (2) se produit en présence d'oxygène dissous et dans des conditions de quasi neutralité.
La deuxième réaction (3) est favorisée par l'acidité (excès d'ions d'hydrogène), alors que la troisième (4) domine à
des valeurs de pH supérieures à celles correspondant à la neutralité.
Dans des conditions aérées de quasi neutralité, les ions fer produits à l'anode réagissent avec les ions hydroxyles
formés aux cathodes et produisent de l'hydroxyde ferreux :
2+ -
Fe +2OH Fe(OH) (5)
2
L'hydroxyde ferreux est facilement oxydé par l'oxygène dissous pour former de l'oxyde ferrique hydraté
.
Fe O H O :
2 3 2
4Fe(OH)+O 2HO+ 2Fe O . HO(6)
2 2 2 2 3 2
Ainsi la réaction globale qui se déroule en plusieurs étapes intermédiaires peut s'exprimer par l'équation suivante :
4Fe + 3O +2H O 2Fe O . HO(7)
2 2 2 3 2
oxyde ferrique
hydraté (rouille)
Dans la pratique, la vitesse de corrosion est souvent déterminée par la vitesse à laquelle la réaction cathodique
peut être assurée.
Dans des environnements anaérobies saturés d'eau et voisins de la neutralité, les bactéries sulfato réductrices
peuvent entraîner un autre type de réaction cathodique dans la corrosion du fer et de l'acier. Ces bactéries
réduisent les sulfates dissous en sulfures probablement par la réaction :
2- + - 2-
SO +8H +8e S +4HO(8)
4 2
et la corrosion se caractérise par le fait :
a) qu'elle se produit en l'absence d'air ;
b) que des sulfures sont présents dans les produits de corrosion.
A partir de la composition des produits effectivement formés, il est probable que le mécanisme de corrosion
implique une dépolarisation cathodique qui peut être représentée par l'équation simplifiée (9) :
2- -
4Fe + 4HO+ SO 3Fe(OH) + FeS + 2OH (9)
2 4 2
La stimulation de la réaction cathodique dépend des bactéries qui possèdent une enzyme (hydrogénase) ce qui
leur permet d'oxyder l'hydrogène qu'elles trouvent aux cathodes.
Les ions sulfure produits par la réduction des sulfates peuvent parfois stimuler le processus anodique de
dissolution du fer.
4.2 Polarisation
Aux sites de corrosion, c'est la différence de potentiel entre les deux réactions électrochimiques apparaissant à la
surface qui fournit la source d'énergie de la réaction. Par conséquent, les deux réactions d'électrode évoluent
depuis leurs conditions d'équilibre, provoquant une réaction anodique nette dans un cas et une réaction cathodique
nette dans l'autre. Les deux potentiels se rapprochent l'un de l'autre car tout ou partie de la différence de potentiel
permet et pilote le fonctionnement des réactions individuelles. Pour que la corrosion se produise spontanément, il
faut non seulement qu'il y ait une différence entre les deux potentiels de réactions, mais que le potentiel cathodique
soit plus positif que le potentiel anodique.
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Ces conditions sont représentées schématiquement dans la figure 1 qui présente une courbe du potentiel
d'électrode E, en fonction du logarithme de la vitesse de réaction. Les réactions anodiques et cathodiques libérant
et consommant, respectivement, des électrons, les vitesses de réactions anodique et cathodique sont
représentées par un courant électrique I. Pour simplifier, les deux vitesses de réaction sont représentées sur le
même axe, la direction du courant n'est pas prise en compte et seule l'amplitude est utilisée pour représenter la
vitesse.
E est le potentiel d'équilibre de la réaction cathodique lorsque la vitesse de réaction cathodique n'est pas
c
significative. La partie de la courbe correspondant à des potentiels plus négatifs que le point E montre que, plus le
c
potentiel devient négatif, plus la vitesse de réaction cathodique augmente. Réciproquement, E est le potentiel
a
d'équilibre pour la réaction anodique [voir l'équation (1) par exemple] et, là encore, il n'y a pas de réaction anodique
significative au potentiel E . La partie de la courbe correspondant à des potentiels plus positifs que le point E
a a
montre que, plus le potentiel devient positif, plus la vitesse de réaction anodique augmente.
Légende :
x log i
y potentiel d'électrode
1 cinétique anodique
2 cinétique cathodique
Figure 1 — Diagramme de polarisation représentant schématiquement les réactions électrochimiques
d'une corrosion aqueuse
En cas de corrosion, la vitesse de la réaction anodique est exactement égale à la vitesse de la réaction
cathodique. Dans des environnements très conducteurs (par exemple eau de mer ou vase de fond marin), le métal
qui se corrode ne présente qu'un se
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.