Inhibition de la Corrosion de l’Aluminium pur et de l’Alliage 2024 : modélisation DFT et approche Expérimentale – ICAADE

Nous désirons identifier les facteurs qui sont favorables aux processus d'inhibition.
Les phénomènes sont décrits grâce à:
- Une modélisation à l’échelle atomique, offrant un degré élevé de précision dans la description des systèmes métalliques et visent à inclure / comprendre les interactions physiques et chimiques entre les systèmes,
- Des techniques électrochimiques (courbes de polarisation, mesures d'impédance électrochimique) utilisées pour évaluer l'efficacité des inhibiteurs de corrosion pour différentes conditions expérimentales (concentration en ions chlorure, pH de la solution),
- L'analyse de la surface (XPS, AFM / KFM et microscopie Raman) pour caractériser l'adsorption des inhibiteurs de corrosion.

Nous avons identifié des facteurs favorables aux processus d'inhibition. La modélisation à l’échelle atomique de l’interaction entre les inhibiteurs organiques et l’aluminium a constitué le cœur de ces travaux. Les études ont été effectuées pour divers taux de recouvrement de la surface. Dès le début du projet, la démarche de calcul choisie a été la théorie de la fonctionnelle de la densité ; nous avons opté pour une correction de l’énergie DFT par un terme simulant la part des interactions faibles. Les échanges électroniques avec le métal ont été étudiés pour qualifier les interactions inhibiteurs/métal (calcul des énergies de Van der Waals à l’interface molécules/métal, charges de Bader) et entre molécules. Nous avons démontré que les couches organiques sont stables et fortement chimisorbées sur le métal. Les interactions sont principalement de type covalent mais les interactions dispersives prennent part également au processus d’adsorption (elles représentent 20 à 50% de l’énergie d’interaction molécules/métal). Nous avons également montré qu’une couche compacte d’une des formes chimiques de l’inhibiteur peut limiter la réduction de l’oxygène dissous sur la surface de l’aluminium. Des études prenant en compte une couche d’alumine hydroxylée en surface de l’aluminium sont actuellement en cours.
En parallèle de ces travaux théoriques, des techniques électrochimiques (tracé des courbes de polarisation et mesures d’impédance) ainsi que des analyses de surface par spectroscopie de photoélectrons (XPS) ont été utilisées d’une part, pour déterminer l’efficacité des inhibiteurs (en particulier de la 8-hydroxyquinoléine) et leur adsorption sur la surface de l’aluminium pur et, d’autre part pour caractériser l’interface Al pur / molécules. L’étude électrochimique et les analyses de surface par XPS ont été réalisées pour différentes valeur du pH de la solution en contact avec la surface d’aluminium afin d’étudier expérimentalement l’action de la 8-HQ et de ses dérivés.

La compréhension des mécanismes d’inhibition de la corrosion guidera la recherche de nouvelles espèces.

Les résultats obtenus lors de ce projet ont conduit à 2 publications parues, 1 publication soumise et 2 publications sont en cours d’écriture. L’accent a été mis sur une diffusion scientifique forte dans les congrès internationaux (3 communications orales dont 1 invitée et 2 communications par affiches) et nationaux (3 communications orales et 3 communications par affiches), permettant ainsi aux jeunes recrutés (Fatah Chiter en doctorat, Marie-Laure Bonnet en post-doctorat) d’enrichir fortement leur réseau.

Depuis le début des années 90, la toxicité élevée des chromates a imposé des restrictions à leur utilisation dans des applications industrielles. Par conséquent, des efforts intenses de recherche ont été entrepris afin de trouver de nouveaux composés utilisables en tant qu'inhibiteurs de corrosion de l'aluminium et de ses alliages et favorables à l'environnement . Ce projet vise à étudier, à l'échelle atomique, les mécanismes d'inhibition de la corrosion affectant l'aluminium et ses alliages, en particulier l'alliage 2024 actuellement utilisé pour des applications aérospatiales.
La démonstration de l'efficacité des inhibiteurs de corrosion est généralement basée sur les essais électrochimiques (courbes de polarisation , mesures électrochimiques d'impédance). Nous proposons de déterminer le mode de l'action d'inhibiteurs de corrosion efficaces (8-hydroxyquinoline et un carboxylate) grâce à des calculs ab initio. Nous voulons corréler l'approche théorique avec des approches expérimentales (électrochimie et caractérisation de surface) afin d'identifier des facteurs favorables au processus d'inhibition.