Corrosion des céramiques

La corrosion est l'alteration d'un materiau causee par des interactions physico-chimiques avec son environnement. Il s'ensuit une degradation de ses proprietes d'usage devant conduire, a terme, a son remplacement. La corrosion se distingue de l'usure, consequence de sollicitations mecaniques, ainsi que du vieillissement qui est l'evolution spontanee des materiaux en l'absence d'intervention de facteurs externes, c'est-a-dire sous le seul effet du temps : reticulation de polymeres, cristallisation de verres... La corrosion est consideree comme la principale cause de destruction des appareillages et des installations. Son cout economique est considerable. Il a ete estime a plus de 2 % du produit mondial, soit plus de 1 000 milliards d'euros par an. En fait, l'essentiel de ces pertes est du a la corrosion aqueuse des metaux et alliages, qui a fait l'objet de plusieurs dossiers Techniques de l'Ingenieur  [K 830] [COR 15] : elle concerne notamment les reactions qui se produisent a temperature ambiante sous les effets conjugues de l'oxygene (de l'air) et de l'eau, eventuellement chargee de sels (milieux marins en particulier). La plupart des ceramiques sont tres peu sensibles a la corrosion aqueuse, mais, tout comme les metaux places a des temperatures d'usage elevees, les ceramiques chauffees sont soumises a des degradations chimiques causees par leur environnement, qui peuvent etre importantes, voire rapidement catastrophiques. Concernant les metaux, la corrosion a temperature elevee par les gaz chauds (aussi appelee « corrosion seche ») a fait l'objet de deux dossiers Techniques de l'Ingenieur  [M 4 220] [M 4 228]. De facon analogue, l'objectif du present dossier est de faire un point synthetique des connaissances sur le comportement des ceramiques placees a haute temperature dans des milieux hostiles susceptibles de les degrader. On entend par « environnements hostiles » d'une part, certains gaz chauds (tres souvent l'oxygene de l'air) et d'autre part, des liquides : metaux, sels ou oxydes fondus. Le mode de degradation differe tres sensiblement dans ces deux sortes de milieux, et cela justifie leur traitement separe dans la suite de ce dossier. De facon pratique, la corrosion des ceramiques est un probleme auquel sont confrontes de nombreux ingenieurs qui cherchent a fabriquer des produits a duree de vie la plus longue possible, et au meilleur cout. En production par exemple, la corrosion pese sur les couts au travers de la part «investissement» qui est l'une des composantes de leur prix de revient final : le cout des investissements repercute sur le prix des productions est d'autant plus faible que la duree de vie du dispositif de production est plus longue. Cela conduit l'ingenieur a rechercher des materiaux ayant une sensibilite a la corrosion la plus faible possible. Pour les ceramiques, l'echelle de temps est extremement large : la duree de vie d'un poussoir de tuyere de reacteur de fusee ou de missile s'evalue en minutes, tandis que celle des refractaires en verrerie ou siderurgie (hauts fourneaux) se mesure souvent en decennies. Au vu de ces deux exemples, le lecteur peut imaginer la tres grande variete des usages des materiaux ceramiques concernes par la corrosion, et, naturellement, la tres grande gamme de composition de ces solides (oxydes, carbures, nitrures, borures...), produits massifs ou revetements. Heureusement, la problematique se simplifie car, quelles que soient l'echelle du temps et la nature des materiaux ceramiques, les mecanismes reactionnels de la corrosion sont relativement semblables et en nombre limite. L'ingenieur qui connait bien ces mecanismes au plan theorique est donc a meme de resoudre plus facilement les cas concrets qui se presentent a lui. C'est dans cette logique que l'on s'attache, dans la suite de ce dossier, a presenter les principaux concepts theoriques associes a la corrosion des ceramiques, en les illustrant autant que possible d'exemples precis.