Corrosion multiséculaire des systèmes ferreux complexes (mécanismes, modélisation, prévision) : utilisation des analogues archéologiques. – ARCOR

Ces dernières années, les besoins sur le plan national et international, de prévoir sur plusieurs siècles le comportement en corrosion des matériaux s'est fait sentir de manière cruciale. En effet, tant pour l'industrie nucléaire que dans le domaine du patrimoine, il est nécessaire d'accéder à ces prévisions, en particulier pour les alliages ferreux pour lesquels, on ne sait pas prévoir le comportement en corrosion sur plus de 10 ans. Pour ce faire, la prévision basée sur la modélisation des mécanismes est un passage obligé. Il faut alors saisir ces mécanismes de corrosion de systèmes présentant des couches épaisses (millimètriques). Ces études concernent quatre milieux : sols aérés, désaérés, liants hydrauliques, l'atmosphère sous abris, l'eau de mer). La simulation des longues durées en laboratoire et la modélisation numérique, si elles sont nécessaires, s'avèrent limitées parce que les propriétés des systèmes complexes formés par les couches de produits de corrosion sont mal connues et parce que le facteur temps n'est pas maîtrisé. L'idée originale de ce projet est d'effectuer une approche globale (caractérisation, étude des mécanismes et modélisation numérique) sur les seuls systèmes à même de fournir des couches épaisses multiséculaires : les objets archéologiques. Nous avons déjà montré la faisabilité de ce type d'approche et la nécessité d'employer des méthodes adaptées (microfaisceaux de rayons X synchrotron). Mais il est nécessaire d'aller au delà et de s'intéresser à la réactivité des phases concernées. Ceci se fera en travaillant à la fois sur des systèmes anciens et sur des phases de référence. Enfin comme sur des matériaux contemporains, un tel projet se doit d'aller jusqu'à la modélisation numérique. Il mettra donc en collaboration, autour du Laboratoire Pierre Süe (CEA/CNRS), spécialisé dans la caractérisation des produits de corrosion, la ligne DIFFABS du synchrotron SOLEIL adaptée à la caractérisation fine multi techniques, un service spécialisé dans l'étude de la corrosion et de la modélisation numérique des mécanismes (SCCME-CEA) et des laboratoires spécialistes de l'étude électrochimique et thermodynamique (LEMMA et LAMBE). Pour les milieux concernés, si les hypothèses sur les mécanismes, qui restent à vérifier diffèrent légèrement, la méthodologie analytique qui permet de proposer et valider les mécanismes et aboutir à la modélisation numérique restent semblables : * Nécessité de travailler sur des sites archéologiques de référence afin de prélever les échantillons dans les milieux les mieux connus avec mise en place de mesures in-situ. * Les systèmes doivent êtres caractérisés de manières précises (morphologiquement, chimiquement et structurellement) afin de déterminer les phases présentes, leur localisation et rôle dans les mécanismes par couplage de plusieurs techniques de caractérisation microfaisceau (par exemple rayonnement synchrotron/spectroscopie Raman). * La réactivité électrochimique de ces phases doit être déterminée en combinant des études sur phases de référence et sur les systèmes archéologiques. * En fonction de ces résultats et des mécanismes de corrosion proposés, les objets archéologiques, avec leurs couches de produits de corrosion préexistantes doivent être remis dans des conditions de corrosion mais, avec des milieux contenant des traceurs judicieux (oxygène 18 dissout dans l'eau pour les milieux aérés, eau deutériée pour suivre la dissociation de l'eau,...). La localisation des produits précipités peut être étudiée avec des méthodes nucléaires ad-hoc. * A partir de l'ensemble de ces données : modélisation numérique des mécanismes et comparaison avec les systèmes archéologiques précédemment décrits. La bonne cohérence entre les résultats de la modélisation sur quelques sites de référence pour lesquels l'ensemble des paramètres du milieu est maîtrisé et les objets archéologiques sera la validation de notre méthodologie. Pour la première fois une démarche globale sur des systèmes