Corrosion

L’eau chaude sanitaire constitue un élément de confort fondamental pour l’habitat individuel et le tertiaire. L’eau chaude sanitaire est généralement maintenue à une température comprise entre 50 et 60°C en bouclage et mitigée à l’eau froide aux points de puisage pour obtenir une température d’usage réglementairement inférieure à 50°C. Les points de puisage sont principalement les bains, les douches, les lavabos et l’évier de cuisine. Les besoins nobles pour la cuisson des aliments et la consommation restent très faibles.

Dans une installation, l’eau chaude sanitaire est en contact avec différents matériaux. Les distributeurs d’eau délivrent, au compteur une eau destinée à la consommation humaine. Cependant en fonction de la nature de l’eau et de la constitution de l’installation, des risques de désordres sur l’installation existent: la corrosion, l’attaque des surfaces métalliques et l’entartrage notamment pour les surfaces en température. Des corrections de la nature de l’eau sont alors envisageables. Seule, la corrosion en milieu aqueux et relative aux eaux chaudes sanitaires est abordée. Les aspects purement scientifiques ne sont pas l’objet de cette présentation.

La corrosion d’un métal est la dissolution de celui-ci, causée par une réaction d’ordre électrochimique, i.e. le passage d’un courant électrique. Il y a présence simultanée d’une zone anodique et d’une zone cathodique; la zone anodique, qui est la zone de dissolution du métal, possède un potentiel électrique inférieur à celui de la cathode. Les électrons passent de l’anode à la cathode par le métal et reviennent de la cathode à l’anode par l’eau conductrice. Dans un processus de corrosion, le métal passe en solution et migre dans l’eau pour s’associer à d’autres composés présents dans cette eau et former des produits de corrosion solides. L’oxygène est consommé à la cathode.

Dans le cas du fer les réactions électrochimiques sont :

FeFe++ + 2e-

4e- + 2H2O + O24OH-

Les métaux possèdent tous un potentiel standard par rapport à l’électrode à hydrogène qui sert de référence. Pour deux métaux différents juxtaposés, celui qui a le potentiel le moins élevé est le moins noble et qui va corroder. La présence d’oxygène, inévitable dans le cas de l’eau de ville et a fortiori dans les eaux chaudes sanitaires, est à l’origine de la corrosion des installations de production et de distribution d'eaux.

Les différents types de corrosions

Il existe différents types de corrosions, les principales :

La corrosion uniforme

La corrosion est uniformément répartie sur toute la surface du métal quelle qu’en soit la cause.

La corrosion localisée

Les principales origines de cette corrosion, sont :

• La corrosion galvanique du fait de l’association de deux métaux différents,
• La corrosion par aération différentielle due à une hétérogénéité de la nature de l’eau (corrosion sous dépôt)
• La corrosion par piqûre, seule une très faible partie de la surface du métal est endommagée en profondeur (piqûre du cuivre par exemple),
• La corrosion sélective d’un alliage dans lequel le métal le moins noble se corrode,
• La corrosion intergranulaire des joints de grains d’un métal. Les grains sont cristallins et les joints, de caractère amorphe, sont plus sensibles à la corrosion.

La corrosion galvanique

Ce type de corrosion est provoqué soit par juxtaposition de matériaux métalliques différents, soit par des carences de mise à la terre des canalisations métalliques (courants vagabonds).

Lorsque des installations sont parcourues par des courants externes, il existe un risque de corrosion aux zones anodiques où sort le courant (anode). Le respect des règles d’installations électriques évitent ce phénomène.

La corrosion bactérienne

Elle se rencontre surtout dans les réseaux fermés, chauffage, sprinklers…. Certains microorganismes présents dans l’eau peuvent engendrer une corrosion. C’est le cas, par exemple, des ferrobactéries en milieu aérobie (contenant de l’oxygène) et des bactéries sulfitoréductrices en milieu anaérobie. Ces dernières utilisent les sulfates contenus dans l’eau et forment principalement de l’hydrogène sulfuré qui engendre la corrosion. Les bactéries sulfato réductrices réduisent par oxydo réduction les ions sulfates SO4- - de l’eau d’appoint du réseau en sulfures S- - . Ces sulfures induisent une corrosion des métaux.

Notion de passivation d’un métal

Certains métaux possèdent une bonne résistance à la corrosion du fait qu’il se forme à leur surface une couche très mince de produits issus d’une corrosion. Dans le cas où ces produits ont un caractère insoluble, ce qui est fonction du milieu dans lequel se trouve le métal, cette couche forme une barrière entre le milieu et le métal qui est de facto protégé par une couche de passivation.

C’est le cas de certains métaux au contact de l’atmosphère, comme par exemple, le platine, l’or, le titane, le zinc et le cuivre, ces métaux se passivent naturellement.

Dans le cas, par exemple, du fer noir ou de l’aluminium au contact de l’eau, la passivation n’a lieu que sous certaines conditions. La valeur du pH est notamment un facteur important.

Pour l’eau chaude sanitaire, l’acier galvanisé (acier recouvert d’une couche de zinc) est employé car il se forme à sa surface des produits insolubles de passivation. Ces produits sont principalement des carbonates de zinc (ZnCO3), du HCPZ (hexahydroxydicarbonate de pentazinc (Zn5(CO3)2(OH)6) et de l'hydroxyde de zinc (Zn(OH)2) protégeant l'ensemble de la canalisation. Cependant, cette passivation n'est pas toujours durable, et un recours au traitement d'eau est mis en oeuvre.

Origines et causes de la corrosion dans les installations des eaux chaudes sanitaires

L’origine de la corrosion dans les installations d’eaux chaudes sanitaires est multiple :

• La corrosion dans les eaux chaudes sanitaires est due à la présence inévitable de l’oxygène dans l’eau de ville et à la configuration des installations
• Les eaux contiennent de l’oxygène par nature, ce fait est incontournable car il s’agit d’installations dites en réseaux ouverts, i.e. avec un appoint d’eau permanent
• Les matériaux constitutifs des canalisations d’eau chaude sanitaire sont soit métalliques (acier galvanisé et cuivre), soit en matériaux de synthèse (PVCC, PE, PER, PEX, PB)
• Les raccords sont généralement en laiton, en fonte ou en matériaux de synthèse Du fait de l’association de matériaux métalliques mal adaptés, la corrosion se développe

Les principales causes de la corrosion sont dues à :

• Une température élevée dans le cas de l’acier galvanisé, la couche de zinc se dégrade à partir de 60°C
• Un surdimensionnement de canalisations
• La juxtaposition de métaux différents
• Des parties de canalisations surchauffées
• Un soutirage insuffisant
• La nature de l’eau (voir conditions de mise en œuvre d’un traitement d’eau indiquées dans le DTU 60.1)

La corrosion de l’acier galvanisé se manifeste par de l’eau de couleur rouge ou marron aux robinets et de l’eau contenant des produits de corrosion telle la rouille. Pour les installations en cuivre, la corrosion se manifeste par une eau verte ou bleue. Des percements en fond de ballons, aux zones de dégazage, dans les canalisations où la circulation est lente, sont aussi des pathologies rencontrées fréquemment.

La mise en œuvre d’un traitement d’eau adéquat atténue le risque de ces désordres et vient pallier les pathologies existantes. Le DTU 60.1 précise les conditions de traitement de l’acier galvanisé.

Aspect règlementaire

La règlementation relative à l’eau potable est d’une manière générale abondante et vaste. Les références règlementaires indiquées ci-après, offrent une vue très sommaire mais suffisamment précise quant à l’eau chaude sanitaire et à ses traitements.

Le CODE DE LA SANTE PUBLIQUE, articles L 1321 et suivants et articles R 1321 et suivants est l’élément de base pour l’eau potable.

Les méthodes autorisées, de corrections de la qualité des eaux chaudes sanitaires, sont :

• Les résines échangeuses de cations
• Les réactifs à base de silicates et de polyphosphates alcalins
• Les réactifs à base polyphosphates alcalins et de sels de zinc
• Les procédés à anode soluble
• Quelques procédés électrolytiques
• Les résines, autorisées pour l’adoucissement qui ont des dénominations commerciales

Le traitement complémentaire mis en œuvre ne doit concerner qu’une partie des eaux livrées dans les immeubles desservis, de telle sorte que le consommateur puisse disposer d’une eau froide non soumise à ce traitement complémentaire. Les propriétaires d’immeubles doivent maintenir les installations collectives de distribution d’eau en bon état d’entretien et de fonctionnement et que les dispositifs de protection et de traitement doivent être vérifiées et entretenus au moins tous les 6 mois.

Concernant la dureté de l’eau après adoucissement, il est recommandé, selon la circulaire du 17 mai 1987, de maintenir une dureté d’une valeur comprise entre 10 et 15 degrés français. Ceci constitue une ambiguïté de la règlementation, car il n’y a pas de valeur limite minimale exigée par le CODE DE LA SANTE PUBLIQUE.

Traitement des eaux chaudes sanitaires par ANTAGUA

Cette présentation rassemble l’ensemble des éléments nécessaires à la compréhension des traitements des eaux chaudes sanitaires.

Les traitements d’eau relatifs aux eaux chaudes sanitaires reposent sur une addition de produits chimiques dans l’eau ou par dissolution d’une anode soluble moins employés.

Quelques définitions :

Les séquestrants ont pour objectif de freiner la croissance des germes de carbonate de calcium.

Les complexants sont des composés qui se combinent à d’autres espèces en solution dans l’eau, et qui forment des complexes insolubles.

Les inhibiteurs de corrosion par action filmogène forment, sur la surface des métaux, un dépôt qui est imperméable aux gaz dissous et aux ions provoquant la corrosion. On distingue les inhibiteurs cathodiques, les inhibiteurs mixtes et les inhibiteurs anodiques.

Les procédés par addition de polyphosphates, de silicates et de sels de zinc consistent à injecter un produit liquide dans l’eau d’appoint de l’installation.  Les polyphosphates alcalins ont une action séquestrante vis à vis des ions calcium et magnésium. Ils réduisent alors l’entartrage. L’effet de la température provoque une hydrolyse, i.e. une destruction des polyphosphates en ions orthophosphates qui n’ont plus d’effet séquestrant. Par contre, ils ont un effet d’inhibiteurs anodiques de corrosion par formation de complexes de calcium et de métal.

Les silicates ont un effet d’inhibition de la corrosion sur le fer et l’acier galvanisé mais pas sur le cuivre.

Les produits chimiques employés sont généralement conditionnés sous une seule forme liquide regroupant plusieurs composés :

• Des polyphosphates et des silicates
• Des silicates
• Des phosphates zinc

Les sels de zinc, utilisés simultanément avec des orthophosphates, agissent en tant qu’inhibiteurs cathodiques par formation de complexes, notamment de schlozite, avec les orthophosphates. Ces produits sont employés pour des eaux douces uniquement. En effet, pour les eaux dures, les orthophosphates seraient totalement absorbés par le calcium et n’agiraient alors plus conjointement avec le zinc.

La teneur en principes actifs tels que les silicates, polyphosphates alcalins est à prendre en compte. Si applicable, le procédé est simultanément conseillé contre le risque de corrosion due à la présence résiduelle de chlore libre.

Les procédés électrolytiques utilisent des anodes en aluminium ou en magnésium. Les procédés électrolytiques consistent à immerger une électrode dans l’eau à traiter et à la coupler électriquement avec le métal à protéger. L’aluminium ou le magnésium (électrodes) se corrodent car ils sont moins nobles que le métal à protéger qui est la cathode. L’aluminium dissous forme des hydrates d’alumine qui ont un effet d’inhibiteurs. Certains ballons disposent d’anodes installées à la fabrication. D’autres procédés sont mis en œuvre sur le lieu de l’installation et fonctionnent par un courant extérieur imposé et contrôlé. Pour les procédés électrolytiques, les anodes installées à la fabrication des ballons ne nécessitent aucun équipement. Pour les anodes à courant imposé, un boitier électrique situé dans l’installation contrôle le traitement.

Les procédés par addition de produits sont plus couramment employés que les procédés électrolytiques.

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