INSTALLATION ET OUTILLAGE  
Install Magazine 951 – juin 2018

Corrosion dans les circuits hydrauliques

Dans les bâtiments, les circuits hydrauliques de chauffage ou de refroidissement sont sujets à la corrosion, avec en conséquence un mauvais fonctionnement, des pertes de rendement ou même des pannes. Afin de mieux comprendre ces processus dommageables, on a procédé à une analyse chimique de 64 systèmes hydrauliques dans 21 bâtiments, dans le cadre du projet d’étude EQM-Hydraulik. Un nouveau système de capteurs, servant à détecter des processus de corrosion avant qu’ils n’entraînent des dégâts, a par ailleurs été testé. On a ainsi détecté des cas de corrosion dans plus de la moitié des installations étudiées ; et dans certaines situations, des dégâts furent déjà constatés. Les systèmes de refroidissement se sont ici révélés plus sensibles aux dommages que les installations de chauffage.

Problèmes de corrosion et remèdes

Les circuits hydrauliques de chauffage ou de refroidissement subissent souvent les effets de la corrosion. Les signes typiques sont de l’eau noire ou brune, des sédiments, des vannes bloquées, des pompes défectueuses, ainsi que des corps de chauffe et autres parties de l’installation obstrués. Pour remédier à cela, un nettoyage mécanique ou chimique onéreux se révèle souvent nécessaire, la plupart du temps associé à un traitement de l’eau et d’un inhibiteur de corrosion. Le résultat de tels traitements varie. Un traitement par inhibition après un sinistre n’entraîne pas toujours la réduction souhaitée de la corrosion et de la formation de sédiments. Parfois, le mystère demeure sur la façon dont cette corrosion est apparue et sur la manière de la faire disparaître. Les règles de l’art existantes sont insuffisantes. Il existe toutefois un certain nombre de normes et de règles pour éviter le phénomène de corrosion lors de la conception, du démarrage et de la gestion de l’installation.

On met habituellement l’accent sur la manière d’éviter la pénétration d’oxygène et sur la limitation du taux de sel ; ce dernier point valant surtout lorsque l’installation contient du cuivre et de l’acier. La prescription allemande VDI 2035 impose par ailleurs des limites à la dureté, afin de lutter contre les dépôts de calcaire. Bien que la VDI 2035 contient les mesures les plus étendues contre la corrosion dans les circuits hydrauliques, elle ne concerne que les installations d’eau chaude. Pour les installations de refroidissement, de nouvelles règles ont récemment été introduites en Allemagne (BTGA Regel 3.003), qui sont beaucoup plus détaillées que la VDI 2035.

La règle BTGA 3.003 prescrit une analyse de la qualité de l’eau dans le cadre de l’inspection annuelle, afin de détecter des phénomènes de corrosion aigue. Une surveillance continue de la valeur pH est conseillée. Une méthode de surveillance supplémentaire est celle des coupons de corrosion. La corrosion est ici mesurée à l’aide d’un coupon qui est placé dans la circulation hydraulique. Le coupon réagit en fonction du taux d’oxygène, de la valeur pH et d’autres facteurs qui favorisent la corrosion. Cette méthode ne permet toutefois pas de détecter des problèmes de corrosion locaux, résultant par ex. du biofilm. Un coupon seul ne constitue donc pas une méthode de détection pour tous les cas de corrosion.

Projet d’étude

Le but de ce projet d’étude consistait donc aussi à développer des instruments et des méthodes, dans le cadre d’un système de surveillance de la qualité, pour empêcher la corrosion. L’élément central de celui-ci est le système de capteur FeQuan, qui mesure en permanence les paramètres de la qualité de l’eau et calcule ensuite à l’aide de ceux-ci la vitesse de corrosion. Sur base de quater paramètres de mesure distincts, on détermine le taux de fer dissous (II). Cette méthode n’a jusqu’à présent été testée que dans des conditions de laboratoire. Mais dans ce projet, elle a pour la première fois été utilisée dans des bâtiments. Les questions en suspens sont la stabilité à long terme (pollution) et les pannes qui se manifestent lorsque le système de capteurs est placé dans une installation en fonctionnement.

Divers types d’installations de chauffage et de refroidissement ont été étudiés, ainsi que des installations combinées dans de grands immeubles tertiaires, le plus souvent des bureaux. Le point noir de l’étude fut l’étude de terrain de 21 bâtiments abritant 64 installations. Cette étude s’est déroulée en trois phases :

Phase I : dans le cas de 64 installations, on a réalisé une seule enquête sur la corrosion (analyse de l’installation, mesure de la qualité de l’eau tant sur site que dans un laboratoire).

Phase II : parmi ces installations, on en a choisi huit pour un monitoring en termes de consommation énergétique et de corrosion. Un capteur FeQuan a été monté et raccordé sur une analyse en ligne. Cela sert à la fois d’étude de terrain pour le capteur et de préparation pour le mesurage de l’effet des mesures correctives.

Phase III : trois installations munies d’un capteur FeQuan, dans lesquelles étaient déjà survenu des dégâts, ont été assainies sous contrôle scientifique. Diverses mesures ont été testées pour évaluer leur effet.

Installations étudiées et méthodes d’analyse

Afin d’étudier les processus de corrosion dans les installations hydrauliques, des analyses ont été effectuées sur le terrain et complétées par des tests en laboratoire relatives à la qualité de l’eau et la biochimie.

Analyses chimiques de l’eau et échantillonnages

Les paramètres oxygène, valeur pH, conductivité, température et potentiel d’oxydo-réduction sont déterminés à l’aide d’un appareil de mesure mobile (phase I). Dans les phases II et III, ces tests se sont déroulés à l’aide d’un appareil fixe intégré. L’appareil de mesure mobile a été raccordé à l’installation à l’aide de flexibles striés en inox, afin d’éviter tout contact avec l’air ambiant. Sur base de ces données, on a alors pu déterminer le risque de corrosion. Le taux de fer dissous (II) a aussi été calculé de cette manière. Dès la phase II, les mesures ont été envoyées en temps réel vers un serveur. Les valeurs mesurées, le taux calculé de fer(II) ainsi que la vitesse de corrosion qui ont été déduits de cela, furent présentées sur un tableau de bord en ligne afin de pouvoir être consultées via une adresse http (Figure 1).

Pour les tests en laboratoire, plusieurs échantillons furent prélevés par circuit et testés sur les paramètres mentionnés dans le tableau 1. Un échantillon fut également prélevé lorsque de grandes quantités de produits de corrosion étaient présentes. En fonction de l’importance de l’installation, on a pour l’échantillon, soit opté pour un robinet de puisage surélevé, soit laisser l’eau couler jusqu’à obtention d’un échantillon visuellement homogène. En cas de corrosion d’origine microbiologique présumée, des échantillons ont été prélevés en vue d’une analyse génétique des micro-organismes en question.

Tests en laboratoire de la qualité de l’eau

Dans le laboratoire, les produits de corrosion dans l’eau (fer, zinc, cuivre et autres alliages) ont été identifiés au moyen de méthodes analytiques élémentaires. Afin de pouvoir séparer les produits de corrosion dissous des produits non dissous, on a analysé à la fois des échantillons filtrés (filtre 0,2 μm) et non filtrés. La dureté a été mesurée dans le but de déterminer le risque de dépôt de calcaire. Le calcium et le magnésium ne sont pas uniquement important pour la formation de l’entartrage mais aussi pour la microbiologie.

Outre les cations métalliques mentionnés ci-dessus, les sulfates et les nitrates (SO₄^2- en NO₃^-) peuvent aussi constituer des nutriments pour la prolifération microbienne, ce qui peut causer de la corrosion. La couche de protection qui est formée par les produits de corrosion, peut être attaquée par le chlorure, ce qui favorise une corrosion ultérieure. On a par ailleurs déterminé le taux de carbone anorganique, de carbone organique et de carbone organique non purgeable (NPOC).

En général, la présence des sels étudiés accroît la conductivité de l’eau, ce qui accélère la corrosion électrochimique. Les résultats de l’analyse se trouvent dans le tableau 1.

Les analyses biochimiques en laboratoire

Les processus microbiologiques ont une influence directe sur le risque de corrosion. L’activité microbiologique peut ainsi faire baisser la valeur pH. Dans des conditions favorables, l’activité corrosive lors du démarrage de l’installation va suffisamment alcaliser l’eau du système pour contrecarrer toute corrosion ultérieure. De par l’activité des bactéries acétogènes, fermentatives et fixatrices d’azote, des acides vont toutefois apparaître, qui empêcheront l’alcalisation protectrice.

Le séquençage (réaction en chaîne par polymerase du matériel génétique 16S eRNA) permet de comparer le code génétique des bactéries issues de l’ échantillon avec les séquences qui sont disponibles dans la banque de données. On obtient ainsi une meilleure compréhension de ce qui se passe au cœur des populations de bactéries dans les systèmes HVAC.

Schéma d’évaluation

Les résultats de l’analyse de la qualité de l’eau sont évalués par rapport aux valeurs limites. Ces dernières sont basées sur les valeurs limites de la VDI 2035, éventuellement avec une adaptation sur base des expériences menées dans l’étude de terrain. La valeur la plus importante est le taux de fer dissous, ce qui constitue une indication pour les processus de corrosion active. D’autres paramètres mesurés sur site, comme le taux de sel, jouent également un rôle déterminant dans l’évaluation des risques de corrosion et de la vitesse de celle-ci. Lorsque la valeur limite pour un des métaux dissous a été dépassée, ou si la valeur pH est trop basse, l’installation a alors reçu l’évaluation « état critique ». Si les valeurs limites de plusieurs métaux sont dépassées, l’évaluation « mauvais état » est donnée.

A suivre ...

Par: Prof. Dr. Oliver Opel (FH Westküste), Dr. Stefan Plesser (SIZenergie+), Marlies Wiegand (Leuphana Universität Lüneburg, Mani Zargari (SIZenergie+)