Préface
Les matériaux de construction des navires de haute mer et de leurs systèmes de canalisations d'eau de mer sont principalement constitués d'acier, et l'eau de mer est fortement corrosive pour ce matériau. Sans mesures de protection efficaces pour la coque et les canalisations d'eau de mer, ces matériaux subiront des réactions chimiques et/ou électrochimiques en service, entraînant une corrosion qui réduira considérablement la durée de vie du navire. Actuellement, les méthodes de protection courantes consistent à appliquer des revêtements anticorrosion sous la ligne de flottaison, à peindre l'extérieur des canalisations d'eau de mer avec une peinture antirouille, à revêtir les parois internes de revêtements anticorrosion en film mince, ou à utiliser des gaines anticorrosion.
Cependant, lors des manœuvres d'accostage ou de départ, la coque du navire frotte inévitablement contre le quai, les défenses, les remorqueurs, etc., endommageant ainsi sa peinture antirouille ou son revêtement anticorrosion. Lors du retrait d'organismes marins fixés à la coque, cette dernière peut être endommagée par le décollement des organismes. La coque et les canalisations d'eau de mer sont soumises à des contraintes thermiques et de torsion, au vieillissement de la couche protectrice et à la formation de micro-perforations dans le revêtement. Lors des opérations de maintenance des canalisations d'eau de mer (notamment lors du soudage électrique), les couches protectrices anticorrosion internes et externes sont facilement endommagées. De plus, les pales du gouvernail, les hélices et les arbres d'hélice du navire entrent inévitablement en contact avec l'eau de mer. Ces dommages, défauts et destructions entraîneront à terme un contact direct entre les parties métalliques exposées du navire et l'eau de mer, ce qui provoquera une corrosion chimique et/ou électrochimique locale.
Pour prévenir la corrosion des coques endommagées, des canalisations d'eau de mer dont les couches protectrices internes et externes sont endommagées, ainsi que des pales de gouvernail, des arbres d'hélice, des hélices et autres pièces en contact avec l'eau de mer, et pour prolonger la durée de vie du navire, des dispositifs de protection anticorrosion pour navires tels que le système de protection cathodique à courant imposé (ICCP), le dispositif de mise à la terre de l'arbre et le système de prévention de la prolifération marine (MGPS) ont vu le jour.
Réactions électrochimiques
Lorsque deux métaux ou métaux contenant des impuretés sont placés dans un électrolyte (l'eau de mer est un électrolyte), le métal ayant la plus grande activité (le zinc Zn dans la figure ci-dessous) tend à perdre des électrons, à s'oxyder et à devenir une anode consommée ; le métal ayant la plus faible activité (le fer Fe dans la figure ci-dessous) gagne des électrons, subit une réduction et devient une cathode protégée.
Selon les différentes méthodes de fourniture du courant cathodique, la protection cathodique des navires se divise en deux méthodes : la méthode de l’anode sacrificielle et la méthode du courant imposé.
La méthode de l'anode sacrificielle consiste à relier un métal plus actif (comme l'aluminium, le zinc, etc.) à la structure métallique à protéger (comme l'acier). Par la dissolution et la consommation continues du métal le plus actif, un courant de protection est fourni à la structure métallique à protéger, assurant ainsi sa protection.
Pour la protection des navires par anodes sacrificielles, on installe généralement un certain nombre d'alliages de zinc en blocs le long de la coque, sur la ligne de flottaison, les boîtes à vannes d'eau de mer, les doubles fonds, les compartiments internes de la double coque et les hélices de gouvernail. L'utilisation d'alliages d'aluminium offre une meilleure protection, mais est proscrite dans des zones telles que les salles des machines et les citernes à mazout (en raison du risque d'étincelles dues à une différence de potentiel excessive). La durée de vie nominale des anodes sacrificielles est généralement de 2 à 3 ans ; elles doivent être inspectées et remplacées à chaque passage en cale sèche.
La méthode du courant imposé inverse le processus de corrosion électrochimique. Elle modifie le potentiel du milieu environnant grâce à une source d'alimentation externe, maintenant ainsi le potentiel de la pièce à protéger inférieur à celui du milieu, la transformant en cathode. De cette manière, la pièce protégée ne subit pas de corrosion par perte d'électrons.
(Image : Partie protégée | Eau de mer | Anode auxiliaire)
Système de protection cathodique à courant imposé (ICCP)
Le système ICCP exploite le principe de la corrosion électrochimique pour convertir un courant alternatif externe en courant continu basse tension et appliquer ce courant à la coque via des anodes auxiliaires. Lors de la connexion du circuit, un redresseur ou un potentiostat maintient la coque à un potentiel bas. La variation de potentiel de la coque dans l'eau de mer libère activement des électrons, protégeant ainsi la coque, le gouvernail, les hélices, etc., de la corrosion : l'anode reliée à l'alimentation externe en courant continu alimente directement la coque, fournissant en continu des électrons à sa surface. En contrôlant le potentiel de la coque ou l'intensité du courant, on induit une polarisation cathodique de la coque (qui devient alors une cathode). Le courant forme une boucle fermée, de l'anode auxiliaire à la coque en passant par l'eau de mer, inhibant ainsi efficacement la corrosion et la dissolution du métal en surface. Ainsi, il réduit, voire inhibe complètement, la corrosion électrochimique de la partie immergée de la coque, et peut remplacer les blocs de zinc ou d'aluminium du dispositif de protection par anode sacrificielle pour protéger la coque.
De plus, le courant provenant du dispositif de protection cathodique alimente également le gouvernail. Afin de prévenir la corrosion due au retour du courant vers le redresseur via le palier de gouvernail, la lame de gouvernail est reliée à la coque par un câble fixe, constituant ainsi le système de mise à la terre de la lame de gouvernail.
Les principaux composants du système ICCP comprennent le boîtier de commande ICCP, une alimentation à courant continu à gestion intelligente, des anodes auxiliaires qui transmettent le courant continu produit par l'alimentation à la coque, des électrodes de référence pour la comparaison, les câbles de connexion nécessaires et les matériaux d'isolation. L'eau de mer est bien entendu indispensable au fonctionnement du système.
Le boîtier de commande ICCP est généralement installé dans la salle des machines et comprend un transformateur abaisseur, un redresseur, une inductance, un fusible, un interrupteur, un ventilateur et un écran LCD. Sa fonction principale est de surveiller le potentiel de la coque via l'électrode de référence et de fournir un courant continu de compensation à l'anode auxiliaire. Il convient de contrôler et de consigner quotidiennement la tension et le courant de l'ICCP, et de s'assurer que tous les paramètres sont conformes aux spécifications du manuel.
Actuellement, deux types d'alimentations en courant continu sont largement utilisés : les redresseurs et les potentiostats. Leur fonction est de fournir un courant stable d'une certaine amplitude en fonction des variations de la surface immergée de la coque, de la qualité de l'eau, etc. Lorsque la surface immergée et la qualité de l'eau varient peu, on utilise généralement un redresseur à commande manuelle ; en cas de variations fréquentes, un potentiostat à commande automatique est généralement employé pour maintenir le potentiel de la partie immergée de la coque dans la plage de protection optimale.
L'anode auxiliaire est composée d'une plaque métallique inerte (telle que du titane platiné, un oxyde métallique mixte, etc.) enchâssée dans un support isolant, installé dans une cabine d'isolation étanche. Sa borne positive est reliée au boîtier de commande ICCP. Son rôle est de transmettre à la coque, via l'eau de mer, le courant de compensation produit par l'alimentation en courant continu, maintenant ainsi le potentiel de la coque à un niveau normal. Ce dispositif permet de protéger efficacement les parties immergées de grande surface et de structure complexe de la coque.
L'électrode de référence sert à mesurer le potentiel de la coque. À partir des résultats de mesure, elle fournit des signaux de commande au redresseur ou au potentiostat à régulation automatique et ajuste le courant de sortie par comparaison afin de maintenir la coque en bon état de protection. La différence de potentiel entre l'électrode de référence et la coque est influencée par de nombreux facteurs tels que la salinité de l'eau de mer, la vitesse du navire, la température et les courants marins. Si l'électrode de référence est endommagée ou en court-circuit, un message d'erreur s'affiche sur le panneau de commande ICCP.
Câblage : Le courant sort de la borne positive du transformateur-redresseur de l’alimentation CC, traverse le câble d’anode jusqu’à l’anode auxiliaire, puis atteint la coque endommagée par l’eau de mer et retourne à la borne négative de l’alimentation par la coque via le câble de cathode, formant ainsi une boucle de fonctionnement. De même, le courant sort de la borne positive du transformateur-redresseur de l’alimentation CC, traverse l’électrode de référence via le câble de mesure et retourne à la borne négative de l’alimentation par le câble de cathode.
Un blindage isolant est installé autour de l'anode auxiliaire afin d'assurer une isolation électrique complète de la coque, d'empêcher la génération de courant de corrosion et, par conséquent, de prévenir la corrosion de la coque. Autrement dit, ce blindage isolant garantit que le courant de sortie de l'anode auxiliaire ne sera pas court-circuité à proximité de celle-ci et pourra atteindre des parties plus éloignées de la coque.
Si le système ICCP tombe en panne ou est mis hors service pendant une longue période, cela entraînera une corrosion importante des plaques de la coque (en particulier des soudures entre les plaques), ce qui réduira considérablement la durée de vie du navire.
Pour garantir une protection optimale de la coque, l'alimentation électrique doit rester activée et le système fonctionner en mode automatique, généralement sans intervention manuelle. Toutefois, en cas de dysfonctionnement du mode automatique (par exemple, si la carte de contrôle doit être remplacée) ou lors de la navigation en eau douce, le système doit être basculé en mode manuel ou arrêté. Un arrêt de quelques heures est sans conséquence, mais un arrêt prolongé peut entraîner un délai avant que le système ne retrouve son niveau de protection optimal après redémarrage.
Un entretien préventif régulier prolongera la durée de vie de l'équipement, réduira le temps d'arrêt du système et limitera les dommages aux composants du système ; lors des escales, ouvrez les couvercles des cabines d'isolation des anodes auxiliaires et des électrodes de référence (en vous assurant qu'il n'y a pas de pression d'eau à l'intérieur) pour vérifier leur étanchéité avec la coque, afin d'éviter les fuites d'eau de mer ou l'accumulation de condensation ; si les conditions le permettent, inspectez visuellement de l'extérieur les anodes auxiliaires, les électrodes de référence, le blindage isolant et leur environnement.
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