Couples Galvaniques

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Galvanic couple chart

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    Prconisations dinstallation dun ballon dECS face la corrosion galvanique

    Des questions reviennent frquemment sur le forum de lAPPER concernant la corrosion, les couples galvaniques, les cuves ballons qui percent, lassociation acier/cuivre. Ce fut loccasion pour moi dapprendre et de faire la synthse des explications et des documents techniques. Ce document vous donnera des prconisations sur vos installations afin dinstaller votre ballon dECS solaire de faon durable. La corrosion est un phnomne entre des mtaux de nature diffrente au contact de leau. Bien souvent le phnomne ne se voit pas, puis la panne survient et se manifeste par des fuites : un ballon qui perce, un tuyau qui se bouche. A ce stade il est trop tard pour agir. Il faut y penser avant : lors de linstallation !

    Principe de la corrosion galvanique : La corrosion galvanique a lieu en prsence de trois conditions diffrentes :

    - Deux mtaux de natures diffrentes, au potentiel doxydorduction diffrent. - La mise en contact lectrique de ces deux mtaux. - La prsence deau agissant en tant qulectrolyte, recouvrant les deux mtaux

    Rduire la corrosion galvanique consiste supprimer une de ces trois conditions. Or il nous est impossible de supprimer leau ni la nature des mtaux en contact ! Il nous est possible dviter le contact lectrique, nous allons voir comment. Certains matriaux, comme le fer, rouille de lui-mme dans leau, ceci est de lauto-corrosion et ne sera pas dtaill dans ce qui suit. On va sintresser la corrosion galvanique qui est beaucoup plus problmatique. La corrosion galvanique cest comme une pile en court-circuit. Le terme galvanique dsigne un courant lectrique circulant entre deux mtaux avec dplacement dions mtalliques. Le mtal 1 rong est appel anode : lacier libre des ions de mtal (Fe2+ par exemple) Un courant lectrique circule entre ces deux mtaux : lectrons. Le mtal 2 qui se charge en ions mtallique est la cathode.

    Mtal 1 Acier

    Anode

    eau Electrolyte

    Contact lectrique entre les

    deux mtaux

    Mtaux de nature

    diffrente

    eau Electrolyte

    CORROSION GALVANIQUE

    Mtal 2 cuivre

    cathode e-

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    Le fer ainsi dissout sous forme dions va, dune part, se dposer sur le cuivre (le cuivre noircit) et, dautre part, se dissiper dans leau puisquelle est constamment renouvele comme cest le cas dans un rseau deau chaude ou froide sanitaire. La corrosion caverneuse est particulirement intense dans la zone de contact des deux mtaux. Elle ronge les plans de joints et les filetages [3]. Plus les mtaux sont proches plus la densit ionique est intense, plus rapide est la corrosion. Le fait de mettre un joint en matire isolante (polythylne ou noprne, mais pas en fibre) augmente la distance entre les mtaux et rduit considrablement la corrosion caverneuse. La vitesse de corrosion augmente dautant plus que lanode est petite. Cest le cas de zones de contact entre la section dune sortie de ballon en acier et un rducteur en laiton. Les tables de couples galvaniques sont donnes titre indicatif pour de leau sale qui nest pas forcment le milieu que nous employons avec un rseau deau potable. Pour utiliser cette table, commencez par choisir le matriau A. Puis relever le potentiel lintersection avec le matriau B. Plus le potentiel est lev, ou plus les matriaux sont de nature diffrente, plus le risque de corrosion est lev. Pour nos applications en solaire retenez :

    - Le fer est corrod en contact avec le cuivre ou le laiton (ballon dECS) - Laluminium est corrod en contact avec le cuivre (capteurs solaires, radiateurs en

    alu) - Le magnsium est corrod en prsence de tous les matriaux (anode sacrificielle).

    Une autre table ci-dessous [1] classifie diffrentes sortes dinox. On remarque que suivant la qualit de ceux-ci on peut avoir des comportements trs diffrents !

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    En cas de doute ou pour choisir le meilleur compromis sur le matriau : plonger les deux mtaux dans de l'eau sale et mesurer la tension entre eux. Plus la tension est faible, plus faible sera la corrosion. Lacier galvanis : Les voitures daujourdhui sont faites avec des pices dacier galvanis (recouvertes de Zinc). Lacier non protg forme une couche doxyde de fer qui est permable lair et leau si bien que la corrosion se poursuit lintrieur de lacier. Cest de lauto-corrosion. En revanche, loxyde de zinc produit la surface de la couche de zinc est impermable. Tant que le zinc et loxyde de zinc sont intacts (c'est--dire tant quils ne sont pas effrits ou rays) lacier quil y a dessous ne se corrodera pas. Lacier galvanis seul a des proprits auto-rparatrices, en effet des petites raflures qui exposeraient lacier vont se recouvrir de zinc. Ceci se produit parce que le zinc prsent autour de lraflure va se dissoudre et se dposer sur lacier en remplaant celui qui a disparu lors de lraflure. Mais une conduite en acier galvanis en contact avec une autre conduite en cuivre ou en laiton va perdre ses proprits protectrices. Le zinc va se corroder puis disparaitre. Ensuite se sera le tour de la conduite en acier qui finira par corroder et percer avec le temps !

    La connaissance des matriaux en contact permet de mettre en place des actions prventives. Les installateurs avertis savent quil convient :

    - De ne pas mlanger des conduites en cuivre et en acier dans une installation - De ne pas installer des radiateurs en aluminium avec des tubes en cuivre - De penser vrifier annuellement ltat de lanode de magnsium des ballons dECS. - De poser un manchon galvanique entre du cuivre (ou laiton) et de lacier - De ne pas renouveler leau dun circuit de chauffage pour garder la saturation en ions

    ferreux.

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    La corrosion dpend aussi de la qualit de leau :

    Une eau peut-tre potable mais corrosive : pH < 7. Cest le cas, entre autre, de leau issue roches granitiques. Une eau douce est souvent une eau corrosive, son degr de duret devra tre suprieur 8f.

    Une eau adoucie est plus corrosive quune eau moyennement calcaire. Un adoucisseur trop efficace peut provoquer une corrosion acclre des ballons en

    acier et des soudures en tain.

    Une eau trop charge en ions chlorures est corrosive [2] (250 mg/l maxi)

    Une eau devient corrosive si sa conductivit est leve : 450 S/cm maxi (eau sale, sulfate, chlore).

    Une eau devient corrosive si sa conductivit est trop faible : 225 S/cm mini, eau trop adoucie, de pluie, dminralise. Une eau trop pure a tendance se charger

    en ions.

    Comment viter la corrosion galvanique ? Isolement par protection de la surface : Une premire protection contre la corrosion est lmaillage de la cuve. Lmaillage est une vitrification de la surface qui isole lacier de la cuve. On protge de leau par isolement galvanique entre le mtal et llectrolyte. Les cuves des ballons dECS sont en acier maill pour rduire la corrosion et garantir un contact hyginique avec leau. Au niveau des raccords de la cuve, lacier est nu de par le filetage.

    Mtal 1 Acier

    Anode

    Mtal 2 cuivre

    cathode

    eau Electrolyte

    Ne perdons pas de vue que lmaillage nest jamais homogne 100 % : il peut demeurer des zones non couvertes qui seront le sige de corrosion par piquage !

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    Isolement par protection galvanique : Le contact lectrique entre les deux mtaux est rompu par un isolant lectrique (plastique, cramique, tflon, tube en PE,). Cest le rle du manchon galvanique qui empche la circulation dun courant lectrique entre les deux mtaux. Il rduit la corrosion caverneuse dans la zone fer/cuivre de la jonction [3]. La photo ci-contre montre un manchon galvanique install sur la sortie dun ballon dECS avec un mitigeur thermostatique.

    Les manchons autres qu'en taille 20x27 (3/4') ou 15x21 (1/2) ne se trouvent que chez des fournisseurs professionnels. Ceci vient du fait que les sorties de ballon ECS courants sont en 20x27. Pour les autres dimensions, il reste la solution de mettre des mamelons rducteurs de mme nature de mtal, puis de mettre la suite le manchon d'isolation galvanique courant en taille 20x27.

    Mtal 1 Acier

    Anode

    Mtal 2 cuivre

    cathode

    eau Electrolyte

    Isolant lectrique

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    Cas du chauffe-eau lectrique :

    Pour des raisons de scurit, le corps de la rsistance de chauffe dun ballon dECS doit tre relie la terre par le conducteur de protection (fil jaune / vert). Il est par consquent impossible davoir une isolation galvanique totale car le corps de la rsistance de chauffe se trouve souvent reli directement la cuve en acier. Nanmoins, il existe des compromis comme dloigner les deux mtaux par un joint isolant. Ceci rduit la densit ionique et ralentit le phnomne de corrosion. Lexemple ci-dessus illustre la perte du bnfice de lisolation galvanique si les deux mtaux (cuve en acier et conduites en cuivre) sont relis par un conducteur externe de protection (fil de terre). Le courant galvanique circule par le fil de terre. Dans le cas dun chauffe-eau lectrique, la cuve est relie lectriquement la terre. Les canalisations en cuivre sont mises la terre dans la salle de bain pour la scurit lectrique (norme NFC-1500) ! Il en rsulte que la cuve en acier nest pas isole galvaniquement des canalisations en cuivre ! Une simple vrification avec un testeur de continuit permet de constater cela. Pour des raisons de scurit, on ne peut ni couper la terre du chauffe-eau lectrique, ni supprimer lquipotentielle de liaison de la salle de bain. Rien quun robinet mitigeur fait le pont lectrique entre les circuits deau chaude et deau froide ! ATLANTIC prvoit un manchon galvanique dans le colis de certains ballons. Il recommande de le monter sur la sortie eau chaude. Ce