CCTA : principes de la protection cathodique

La protection cathodique, une protection active: La protection cathodique est la technique qui permet de conserver dans son intégrité la surface extérieure des structures en acier enterrées ou immergées, en s'opposant au processus électrochimique d'attaque du métal par le milieu ambiant, c'est-à-dire la corrosion. Les canalisations acier constituent le champ d'application principal de cette protection. Les réseaux en acier, même anciens et dégradés, peuvent bénéficier de cette technique dans des conditions économiques admissibles.

Définition: Un métal en contact avec un milieu conducteur, eau ou sol, est le siège de réactions électrochimiques appelées effet de pile. Ce phénomène entraîne une dissolution du métal de l'anode vers la cathode, c'est-à-dire de la canalisation vers le milieu ambiant : c'est la corrosion ou oxydation. Deux moyens complémentaires existent pour maîtriser cette corrosion.

La protection passive: Elle est constituée par le revêtement extérieur dont le rôle est de créer un effet de barrière électrique entre le métal des canalisations et le milieu environnant. Ce revêtement ne constitue cependant pas une protection absolue et définitive en raison des imperfections ou blessures susceptibles de se produire lors de la pose ou au cours de la vie de l'ouvrage. C'est pourquoi on maîtrise ces risques potentiels par l'installation d'une protection cathodique.

Elle consiste à amener par des moyens extérieurs et artificiels l'ensemble de la surface extérieure du métal à un potentiel suffisamment négatif pour rendre le métal entièrement cathodique et supprimer ainsi tout risque de corrosion extérieure. Le critère de protection cathodique est la valeur du potentiel au-dessous duquel l'acier ne peut se corroder. Pour l'acier enterré ou immergé, le critère de protection est mesuré avec une électrode de référence Cu/CuSO4 en contact avec le milieu situé au voisinage immédiat du métal de - 850 mV. Ce n'est qu'à partir d'une certaine valeur de courant que le potentiel nécessaire est atteint.

Pour réaliser la protection cathodique des canalisations enterrées en acier, il suffira donc :

• soit de constituer une pile à l'aide d'un métal plus électro-négatif que l'acier (magnésium ou zinc) : c'est la protection par anode galvanique (sacrificielle)

Principe : on crée un couple galvanique dont la canalisation métallique sera la cathode de la pile et l'anode un métal choisi pour son potentiel plus électronégatif (magnésium, aluminium, zinc).

• soit de les relier à une source électrique convenablement connectée de manière que l'acier devient la cathode du système et de vérifier que le potentiel de cette cathode atteint bien le critère de protection en tous points : c'est le courant imposé (ou soutirage de courant)

Principe : l'abaissement de potentiel des canalisations à la valeur voulue est obtenu en connectant le réseau, en un ou plusieurs de ses points, au pôle négatif d'une source électrique de courant continu.
Le champ électrique se répartit dans le sol, par la prise de terre ou déversoir.
Les électrons gagnent la canalisation et pénètrent par leur surface latérale, cheminent longitudinalement dans les conduites jusqu'à la connexion au pôle négatif du redresseur.
Il en résulte un abaissement de potentiel dans le réseau.
Cet abaissement de potentiel croît depuis les extrémités du réseau les plus éloignées de la connexion jusqu'au pôle négatif de l'alimentation pour être au maximum au droit de celle-ci.
Il doit être suffisant pour que le critère de protection soit partout atteint et maintenu.

Ce type de protection est tout indiqué pour la protection des grands réseaux et offre une grande souplesse d'adaptation et de réglages.

Un système actif et économique: La protection cathodique complète de manière absolue la protection passive du revêtement et ceci quelles que soient les modifications de l'environnement des conduites dans le temps :
• blessures des revêtements externes dues à des travaux réalisés par des tiers au voisinage de la conduite ;
• modification de la résistivité du sol à la suite d’une pollution accidentelle, aux variations du niveau des nappes phréatiques, ... ;
• nouvel environnement électrique de la conduite tel que nouveau réseau sous protection cathodique (gaz, pétrole, eau ...) ;
• ligne Très Haute Tension, tramway, TGV, SNCF ;
• drainage de courants vagabonds.

Pour un investissement minimum, l'exploitant d'une canalisation sous protection cathodique pourra régulièrement contrôler le niveau de potentiel électrique de la conduite par rapport au milieu environnant et, de ce fait, être alerté de toute dégradation accidentelle ou modification de l'environnement de la conduite : c'est la surveillance cathodique. Il assurera ainsi la pérennité de son réseau et de son investissement : c'est l'assurance vie du réseau.

Dispositions particulières: Le fascicule 71 « Fourniture et pose de canalisations d'eau, accessoires et branchements » relatif aux marchés publics de travaux passés au nom de l'État en définit les modalités. Cette protection doit par ailleurs faire l'objet de contrôles périodiques réguliers destinés à s'assurer de son bon fonctionnement et de son efficacité dans le temps.

Arrêté du 4 août 2006 portant règlement de la sécurité des canalisations de transport de gaz combustibles, d'hydrocarbures liquides ou liquéfiés et de produits chimiques du ministère de l’économie, des finances et de l’industrie.

Mesure et contrôle: 1) Points de mesure

Ils sont destinés à contrôler le potentiel d'une canalisation par rapport au sol. Le nombre de points de mesure dépend de la configuration de l'ouvrage.

2) Mesure de potentiel

La mesure du potentiel des canalisations dans le sol est indispensable pour contrôler l'efficacité de la protection cathodique. Or, celles-ci étant assimilables à des éprouvettes plongées dans un électrolyte, on mesure le potentiel par l'intermédiaire d'électrodes de référence. La conduite dans le sol constitue une demi-pile que l'on associe à l'autre demi-pile, l'électrode.

Les électrodes utilisées sont :
• électrode au calomel (laboratoire),
• électrode au sulfate de cuivre Cu/CuSO4 (couramment utilisée),
• électrode au chlorure d'argent Ag/AgCl (eau de mer),
• électrode au zinc (eau de mer).

Détection de Défauts de Revêtement de Canalisation

La Détection de Défauts de Revêtement de Canalisation est utilisée sur des canalisations enterrées afin de localiser les défauts du revêtement.

1) La théorie

Cette méthode de recherche des défauts de revêtement de canalisation repose sur la mesure du gradient de tension créé par un défaut de revêtement (métal apparent).

La mise sous tension de la canalisation se fait à partir du système de protection cathodique existant sur la canalisation, ou bien à l'aide d'une injection provisoire.

Cette méthode ne s'applique qu'aux canalisations électriquement continues (canalisations en fonte exclues).

2) Le matériel

• Emetteur : il permet la mise sous et hors tension de la canalisation (fréquence 1 Hz).

• Cannes-électrodes : elles permettent de mesurer les gradients de tension créés par les défauts de revêtement.

• Récepteur : Il est constitué par un voltmètre analogique à zéro central.