INSTALLATION ET OUTILLAGE  
Install Magazine 952 – août 2018

Corrosion dans les circuits hydrauliques (partie 2)

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.

Résultats

Analyse sur le terrain

Les valeurs pour le fer(II) sur base de la procédure FeQuan sur site ont été comparées avec les résultats des analyses de laboratoire. Dans la phase 1 déjà (mesure unique sur 64 installations), on n’a constaté ni faux négatifs ni faux positifs à l’aide du capteur FeQuan. Autrement dit, lorsqu’il y avait de frais produits de corrosion dans l’eau, le capteur indiquait cela. Lorsque l’état de l’installation était bon, le capteur le démontrait de manière tout aussi fiable, ce qui était confirmé par la suite par l’analyse de labo. En comparaison, la phase II a fourni plus de données (Figure 2).

La figure 3 compare le taux de fer qui a été mesuré par le capteur FeQuan avec les résultats des analyses de laboratoire. Les valeurs du capteur FeQuan correspondent en majeure partie avec les valeurs de laboratoire. Le taux de fer accru lors du démarrage est surestimé, en conséquence de l’apparition de matières complexes réactives et des changements de qualité de l’eau dus à l’activité microbiologique. La concentration de fer dans l’analyse augmente avec la diminution de la valeur pH et avec la colonisation microbienne. Elles convergent ensuite à nouveau avec les données du capteur (voir également la figure 6).

Analyse en laboratoire de la qualité de l’eau

De l’analyse, il ressort que seules les installations frigorifiques étaient remplies avec de l’eau adoucie. L’adoucissement ne diminue pas le taux de chlorure de l’eau. La comparaison du taux de fer dissous et du taux de chlorure dans la figure 4 est basée sur les valeurs mesurées. À partir d’un taux de chlorure de 15 mg/l, le nombre de cas avec un taux de fer élevé augmente clairement. En dessous de ce seuil, il ne se produit guère de corrosion significative.

Un autre facteur est la valeur pH. Une valeur pH <8.5 avec un taux de chlorure >15 mg/l entraîne au taux de fer supérieur à celui des installations dont la valeur pH est >8.5.

On ne trouve pas de corrélation linéaire entre le taux d’oxygène et le taux de fer (Figure 4). Si on ne tient pas compte des installations dont le taux d’oxygène est compris entre 0,01 et 0,1 mg/l, on perçoit bien un lien entre le taux d’oxygène et la vitesse de corrosion. Ce lien ne se manifeste toutefois qu’à des taux d’oxygène très élevés.

Analyses biochimiques en laboratoire

D’après une enquête en ligne, les professionnels considèrent à peine les processus microbiologiques comme une cause de corrosion. Nous avons pourtant pu identifier 800 types de micro-organismes lors des analyses. Sur base du métabolisme, nous pouvons distinguer les groupes suivants :

• Réduction des sulfates et oxydation du fer
• Réduction des nitrates, fixation de l’azote
• Formation de biofilm
• Organismes acétogènes fermentatifs.

Évaluation des résultats

Processus de corrosion

Que certaines installations frigorifiques aient été remplies avec de l’eau adoucie indique, qu’en cas d’absence de règlement spécifique relatif aux installations frigorifiques, on retombe sur les prescriptions de VDI 2035 pour installations de chauffage. Dans les installations de chauffage, l’adoucissement est appliqué dans le but d’empêcher les dépôts de calcaire. Ce phénomène se manifeste lorsque l’eau dure qui contient de l’hydrogénocarbonate, est réchauffée. Dans les systèmes frigorifiques, l’adoucissement n’apporte rien, parce que la température de l’eau n’est jamais assez élevée pour entraîner des dépôts de calcaire. Par contre, l’adoucissement n’ a pas d’influence sur la conductivité ou sur la présence de nutriments pour les micro-organismes.

L’influence du chlorure sur le risque de corrosion est évident : le chlorure est le facteur individuel le plus important dans le phénomène de corrosion. Si des taux de chlorure supérieurs à 15 mg/l sont combinés à des valeurs pH inférieures à 8.5, alors le risque de corrosion augmente. Le taux de d’oxygène mesuré dans l’eau a peu d’influence sur le risque de corrosion en cas de faibles concentrations d’oxygène, contrairement à ce que l’on pourrait déduire de l’accent mis par les prescriptions sur l’oxygène. Des taux d’oxygène très élevés (>1 mg/l) conduisent avec certitude à de la corrosion (Figure 5). À de faibles taux d’oxygène également (<0,1 mg/l), une très forte corrosion peut toutefois se produire. La plupart des installations se situent entre 0,01 mg/l et 0,1 mg/l d’oxygène. Pour ces valeurs, on ne perçoit pas de lien clair entre le taux d’oxygène et le taux de fer. Les différences dans la manifestation de la corrosion peuvent probablement s’expliquer par le taux de sel différent. Un très faible taux d’oxygène n’est pas donc pas une garantie d’absence de corrosion. Inversement, des taux d’oxygène élevés (>1 mg/l) se traduisent à coup sûr par de la corrosion. Dans la zone dans laquelle la plupart des installations se trouvent, d’autres facteurs comme le taux de sel et –probablement- surtout le taux de chlorure, sont plus importants.

Influence de la microbiologie à l’aide d’exemples

Les bactéries sulfato- et nitrato-réductrices influencent l’apparition de la corrosion dans les matériaux ferreux. Il s’agit d’un argument de plus, à côté de la limitation du taux de chlorure, en faveur d’un dessalement complet de l’eau de remplissage. Sans sel, les bactéries ne trouvent pas de nutriments. Les inhibiteurs et les concentrations résiduelles de glycol peuvent également servir de terreau pour les micro-organismes, dans la mesure où la concentration en biocides est trop faible. Dans l’étude de terrain, les installations les plus attaquées contenaient souvent de l’eau de remplissage dans laquelle on trouvait encore des traces de glycol et d’inhibiteurs issus des traitements antérieurs.

La figure 6 montre les processus chimiques dans une installation test dans le laboratoire (contenu de l’installation : 3l) après le démarrage. La valeur pH augmente dans les deux mois de 7,5 à 9,3 ; tandis que le taux d’oxygène baisse du niveau de saturation jusqu’à 50 µg/l, en conséquence des processus de corrosion après le démarrage. Au cours des trois mois suivants, une température inférieure entraîne un accroissement du taux d’oxygène de 50 à 68 µg/l. Environ un mois après, la valeur pH commence à baisser, pour chuter sous pH 9 deux mois plus tard.

Outre une sorte d’Azospira fixatrice d’azote, l’analyse microbiologique montre également la présence d’Acidovorax oxydoréductrice dépendante des nitrates. Les deux bactéries apparaissent dans le sol et dans les eaux souterraines, et sont adaptées à des températures de 10-18°C.

La figure 7 montre les processus chimiques dans une installation avec une alimentation continue en oxygène et une prolifération de micro-organismes. La valeur pH augmente en peu de temps pour atteindre 9,3 de pH et diminue alors de manière constante jusqu’à un pH de 8,4. L’analyse microbiologique montre que la Pseudomonas formatrice de biofilm et la Bradyrhizobium fixatrice d’azote sont les types de bactéries dominants.

Évaluation de l’état de corrosion

La plupart des installations de l’étude se trouvent, d’un point de vue corrosion, dans un état critique. Elles courent un risque clairement plus élevé de dégâts dus à la corrosion. Il y a à peu près autant d’installations en bon état qu’en mauvais état ou en état critique ; mais les installations frigorifiques sont moins souvent en bon état que les installations de chauffage (figure 8). Outre une évaluation de l’état de l’installation, on tient également compte d’un traitement éventuel de l’eau de remplissage, à l’aide d’une analyse de la qualité de l’eau. Il apparaît ainsi que la moitié des installations frigorifiques était remplie d’eau adoucie. Une petite partie des installations a de l’eau totalement dessalée (figure 9). On n’a pas constaté de lien clair entre un éventuel traitement et l’état de l’installation. On peut seulement dire que les installations avec de l’eau dessalée sont sans exception en bon état. Étant donné le petit nombre (4 installations), on ne peut toutefois pas tirer de conclusions générales.

Conclusions et perspectives

Les installations frigorifiques sont souvent remplies avec de l’eau de mauvaise qualité, et sont donc plus fragiles que les systèmes de chauffage. Cela est notamment dû à un manque de clarté des prescriptions. Le taux de chlorure de l’eau de remplissage est le facteur le plus important dans le phénomène de la corrosion. Une valeur pH trop basse due à des bactéries sulfato-réductrices ou fixatrices d’azote en combinaison avec un taux élevé de chlorure accroît encore plus le risque de corrosion. Afin de limiter le taux de chlorure et d’autres sels, comme terreau potentiel pour les bactéries, il est conseillé de remplir tant les installations de chauffage que frigorifiques avec de l’eau dessalée. On peut éventuellement aussi utiliser de l’eau traitée pauvre en sel, ou de l’eau non traitée, mélangée avec de l’eau dessalée. La règle BTGA 3.003 prescrit notamment que le taux de chlorure de l’eau de remplissage doit être inférieur à 15 mg/l. Une surveillance continue de la qualité de l’eau constitue par ailleurs une bonne manière d’empêcher la corrosion.

Cette dernière représente la meilleure méthode pour détecter le risque de corrosion, avant même que des dégâts ne surviennent. L’action la plus simple est le contrôle de la valeur pH. Les règlements conseillent une surveillance continue, car elle permet de détecter rapidement toute modification ; il est ainsi possible de détecter la cause à temps et d’intervenir.

Les premières expériences avec le capteur FeQuan dans le test de terrain sont positives. Les valeurs mesurées et la vitesse de corrosion calculée sont appropriées pour évaluer l’état d’une installation, -surtout en rapport avec les changements dans les conditions d’utilisation- ou pour surveiller l’effet des mesures anticorrosion, comme les rinçages ou le remplissage avec de l’eau traitée.

Références

• VDI 2035 Blatt 2: Vermeidung von Schäden in Warmwasseranlagen.
• DIN EN 14868 (2005): Korrosionsschutz metallischer Werkstoffe – Leitfaden für die Ermittlung der Korrosions-wahrscheinlichkeit in geschlossenen Wasser-Zirkulationssystemen.
• BTGA-Regel 3.003: Geschlossene wassergeführte Kalt- bzw Kühlwasserkreisläufe in Gebäuden. Zuferlässiger Betrieb unter wassertechnischen Aspekten.
• VDI 2035 Blatt 1: Steinbildung in Trinkwassererwarmungs- und Warmwasser-Heizungsanlagen.
• Opel, Oliver: Detektion von Verockerungsprozessen, Korrosion und Belagbildung – Monitoring der Eisenoxidation in Brunnen, Gebäuden, Leitungen und Anlagen mithilfe des Redoxpotentials.
• Wiegand, Marlies: Untersuchungen zum Korrosionsverhalten geschlossener hydraulischer Anlagen moderner Installationssysteme mithilfe von wasser- und elektrotechnischer Analytik freigesetzer Metallionen.
• Fritsche, Olaf: Mikrobiologie.

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