La corrosion des métaux


Chimie - Organisation et transformation de la matière - collège - cycle 4 - cours


De nombreux emballages alimentaires sont en acier (alliage fer et carbone) et en aluminium
  • Pourquoi n’utilise-t-on pas du cuivre ou du zinc ?
  • Pourquoi l’acier des boîtes-boissons ou des boîtes de conserves ne rouille-t-il pas ?
  • Pourquoi l’aluminium exposé à l’air conserve-t-il son aspect brillant ?

I Corrosion des métaux à l’air libre


Expérience
Observons quelques échantillons de métaux laissés à l’air libre puis décapons-les en les frottant avec du papier de verre. on peut alors faire les observations suivantes:

 
Métal Symbole chimique Aspect superficiel avant décapage Aspect superficiel après décapage
Cuivre (métal « rouge »)    Cu Terne, vert de gris Orange (rouge) brillant
Fer (seul métal gris attiré par un aimant parmi ceux cités ici) Fe Marron-orangé: le fer est rouillé (éclat métallique)
    Gris brillant
Aluminium (métal gris de faible masse volumique) Al Gris terne (éclat métallique)
    Gris brillant
Zinc (métal gris de masse volumique supérieure à celle de l’aluminium) Zn Gris foncé, terne (éclat métallique)
    Gris brillant
 
Conclusion
Action chimique l’air libre sur les métaux:

Lorsqu'ils sont laissés à l'air libre, les métaux subissent une altération nommée corrosion.

  • Pour des métaux tels que le zinc (Zn), l'aluminium (Al) et le cuivre (Cu), la corrosion reste superficielle et n'entraîne pas la destruction complète du métal. Ces métaux peuvent être utilisés à l'extérieur sans traitement spécial. Exemples: bateaux en aluminium, gouttière en zinc, gouttière en cuivre.
  • Pour un métal tel que le fer (Fe), la corrosion, qui se traduit par la formation de rouille, peut se poursuivre jusqu'à destruction complète du métal.

Remarques:
  • Dans le cas du cuivre, la corrosion transforme le cuivre en « vert-de-gris » substance très toxique : les casseroles en cuivre doivent être décapées avant utilisation..
  • De même l’oxyde de zinc formé par corrosion est également toxique  pour l’Homme. C’est pour cela que ces métaux ne sont pas utilisés dans l’emballage alimentaire.

II Etude de la corrosion du fer : La rouille


1 Rappel: composition de l'air


L'air contient 1/5 de dioxygène et 4/5 d'azote, alors lequel de ces deux gaz est responsable de la corrosion?
 

2 Conditions de formation de la rouille


La formation de rouille est une réaction chimique lente, elle nécessite pour se produire la présence simultanée de fer, d'eau et de dioxygène. Etant donné le rôle essentiel du dioxygène dans la corrosion des métaux à l'air libre on parle également d'oxydation lente.

3 Réaction de la corrosion du fer


Comme pour toutes les réactions chimiques, les transformations observées lors de la formation de la rouille peuvent se résumer par la réaction : 

fer + eau + dioxygène  ---------------> rouille (oxydes et hydroxydes de fer)

         Réactifs                                                    Produits

III Corrosion de l’aluminium


L’aluminium ternit à l’air car il se recouvre d’une couche d’oxyde d’aluminium : l’alumine. Cette couche d’oxyde d’aluminium est imperméable à l’air et à l’eau et protège le métal (contrairement à la rouille sur le fer). Il n’est donc pas nécessaire de protéger les objets en aluminium de l’air ambiant : ils s’auto-protègent  (phénomène d’auto-protection).

Réaction de la corrosion (oxydation) de l’aluminium : 

Aluminium + dioxygène  ---------------> oxyde d'aluminium (alumine)

Du fait de cette auto-protection par formation d’alumine, l’aluminium est très utilisé dans les emballages et dans la réalisation d’objets extérieurs (antennes, mobilier urbain,...).

IV  Protection des métaux contre la corrosion


1 Les métaux dans la nature


La plupart des métaux s'oxydent au contact du dioxygène, c'est pour cela que la plupart des métaux existent à l'état naturel sous forme d'oxydes métalliques. Il faut traiter chimiquement ces oxydes métalliques pour fabriquer les métaux.

Certains métaux comme l'or et l'argent ne s'oxydent pas avec le dioxygène, on les trouve donc sous formes métalliques dans la nature: on dit qu'ils existent à l'état natif. exemples: les pépites d'or , les pépites de cuivre. 

2 Diverses méthodes de protection


Une protection naturelle: certains métaux comme l'aluminium ou le zinc s'oxyde très facilement au contact du dioxygène, mais la couche d'oxyde métallique qui se forme alors est imperméable au dioxygène. Lorsque la couche d'oxyde métallique, protège le métal on dit que ce métal est " Passivé ", on parlera alors de " Passivation " du métal.

Une protection artificielle: l'tilisation de peinture ou de vernis. Pour isoler un métal du dioxygène de l'air on utilise fréquemment des peintures ou vernis imperméable, c'est le cas dans les boîtes-boissons. Exemple: réalisée par Gustave Eiffel en deux années, la tour Eiffel, construite en acier (alliage fer et carbone), est protégée de l’oxydation (rouille) par plusieurs couches de peinture. La tour a été repeinte 17 fois depuis sa construction, soit une fois en moyenne tous les sept ans,  50 tonnes de peinture sont nécessaires pour la recouvrir et il faut près d’un an à une équipe de vingt-cinq personnes pour la peindre de haut en bas.
        
Fabrication d'alliages résistants à la corrosionDéfinition: On appelle " Alliage " un mélange homogène de plusieurs corps purs dont un au moins est un métal.
Exemples d'alliage:
  • L'acier, constitué de fer + carbone (< 2%), utilisée pour les  poutres, tôles, câbles, clous, etc.
  • La fonte, constitué de fer + carbone (2 à 6%), utilisé dans les radiateurs, cocottes
  • Le laiton, constitué de cuivre + zinc (10 à 40%), utilisé dans le matériel électrique, la robinetterie
  • Le bronze constitué de cuivre + étain (5 à 25%), utilisé pour les statues, cloches
  • Le duralumin constitué d'aluminium + cuivre (4%) + magnésium(1%) utilisé dans les fenêtres, portes, cadres de bicyclette.

Traitement de surface des métaux par électrochimie. Cette opération consiste à déposer un revêtement métallique sur le métal à protéger par un procédé électrochimique (opération qui nécessite l'utilisation d'un courant électrique important). Ce traitement de surface permet de protéger de la corrosion.
Exemples:
  • La galvanisation: dépôt de zinc sur des pièces en acier (Tôle galvanisée).
  • Le nickelage: dépôt de nickel sur des pièces en acier (Outils, couverts).
  • Le chromage: dépôt de chrome sur des pièces en acier (enjoliveurs).


 


 


 


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