Démonstration de l’efficacité de la protection cathodique contre la corrosion

Les canalisations enterrées sont protégées contre la corrosion par un système associant un revêtement externe et une protection cathodique (PCC). L’efficacité de cette PCC doit être démontrée conformément aux exigences de la fiche technique directive C1 de la SGK [1] et la SN EN ISO 15 589-1 [2].

Au cœur de cette démonstration figure la preuve du potentiel exempt de chute ohmique (E_IR-free). Sur les canalisations modernes, la haute qualité du revêtement rend la détermination de l’E_IR-free délicate, ce qui peut compliquer la preuve du respect des exigences normatives et légales. C’est pourquoi la localisation des défauts DCVG (Direct Current Voltage Gradient), fondée sur la mesure du gradient de tension de courant continue, est souvent mise en œuvre pour établir cette preuve d’efficacité. L’excavation du défaut de revêtement suivie d’un re-revêtement permet de constater directement l’état de corrosion et de rétablir l’absence de défaut à cet endroit mais l’expérience montre que peu des excavations se révèlent réellement nécessaires sur le plan opérationnel: dans la plupart des cas, la PCC s’avère déjà efficace à endroit du défaut. Le présent projet a donc examiné les apports possibles de la mesure intensive (MI), de la méthode de réduction (MR), et de la Current Magnetometry Inspection (CMI).

Ce projet de recherche du DVGW [3] visait à évaluer dans quelle mesure la CMI peut contribuer à la détection des défauts de revêtement et à la collecte de paramètres permettant de juger de l’efficacité de la PCC. Le besoin de recherche ainsi identifié découle du caractère conservateur de l’évaluation des défauts de revêtement selon la logique actuelle de la directive C1 fondée sur la norme SN EN ISO 15 589-1 et selon les méthodes qui y sont appliquées.

Méthode et procédés 

Démarche

L’applicabilité de la mesure intensive (MI), de la méthode de réduction (MR) ainsi que de la Current Magnetometry Inspection (CMI) a été examinée dans le cadre de ce projet, qui s’est déroulé en trois étapes:

Etape 1: Construction d’une canalisation simulée

Des échantillons définis par leur surface, leurs dimensions, leur enrobage et leur état de corrosion ont été installés à faible profondeur de 0,5 m pour simuler des défauts, reliés entre eux par un câble jouant le rôle de la canalisation. Cette configuration a permis de quantifier, de façon économique et rigoureuse, les possibilités de chaque méthode, d’optimiser l’analyse des résultats et de mettre en évidence les limites techniques de mesure.

Etape 2: Inspection de canalisations

Des canalisations sélectionnées chez les partenaires du projet ont été inspectées à l’aide de différentes méthodes afin de localiser les défauts de revêtement et d’évaluer l’efficacité de la PCC. Les mesures ont été comparées, autant que possible, aux méthodes existantes de la directive C1 et confirmées par des excavations. Les méthodes ont ainsi été jugées sur leur capacité à déterminer l’E_IR-free et sur la dépendance en fréquence de la résistance de propagation du défaut qui permet de juger la formation d’une couche de recouvrement (CR).

Etape 3: Comparaison des valeurs d’E_IR-free avec l’état de corrosion

Les valeurs E_IR-free issues des simulations et des mesures de terrain (étapes 1 et 2) ont été comparées à l’état de corrosion réellement constaté lors des excavations. La possibilité d’évaluer les canalisations non raclables à partir de la formation d’une couche de recouvrement au droit des défauts a également été étudiée.

Cette démarche en trois étapes a permis d’évaluer les fondements physico-chimiques de la preuve d’efficacité, de vérifier la transférabilité des mesures à des conditions réelles d’exploitation, et d’apprécier les possibilités des différentes méthodes pour une future réglementation.

Les méthodes de mesure

Dans le cadre du projet, trois méthodes ont été principalement examinées: la mesure intensive (MI), la méthode de réduction (MR), et la Current Magnetometry Inspection (CMI).

• La MI reste la méthode conventionnelle pour déterminer l’E_IR-free (fig. 1) et démontrer l’efficacité des systèmes de PCC.
• La MR permet la preuve d’efficacité selon la méthodologie de la MI pour les canalisations qui ne permettent pas la mesure de l’E_off.
• La CMI combine des signaux de courant alternatif multifréquences avec des mesures de champ magnétique, appelée mesure d’atténuation de courant alternatif (MAC), avec une mesure du gradient de tension en courant alternatif (ACVG; Alternating Current Voltage Gradient Survey) et en courant continu (DCVG) selon la figure 2.

La combinaison des trois méthodes indépendantes permet la preuve d’efficacité basée sur l’E_IR-free selon la norme SN EN ISO 15 589-1. De plus, la dépendance en fréquence de la résistance de propagation permet d’évaluer une éventuelle formation de couche de recouvrement sur les défauts de revêtement. La présence d’une formation de couche de recouvrement peut servir d’indicateur d’une protection anticorrosion efficace.

Une autre méthode, conforme à la directive C1, permet de démontrer l’efficacité de la PCC sur la base du potentiel de référence. Dans le cadre des mesures de terrain, les possibilités de cette méthode basée sur le potentiel de référence (E_ref) ont également été examinées.

Mesures sur canalisation simulée 

Réalisation experimentale

L’ensemble du dispositif de mesure était constitué d’une canalisation simulée de 100 m de long, comportant huit emplacements avec chacun trois défauts individuellement activables de 1, 10 et 100 cm2 chacun. Sur un emplacement, les témoins ont été installées dans le sol d’origine. Sur les sept emplacements restants, elles ont été placées dans des pots en terre cuite. Ces pots ont été remplis de sols définis. La figure 3 présente la disposition de l’ensemble des défauts ainsi que la position du dispositif de courant de protection. De plus amples informations concernant le dispositif expérimental figurent dans [4].

Dans certaines configurations de mesure, aucun témoin n’était relié à la canalisation à certains emplacements, ce qui est représenté par des interrupteurs ouverts sur la figure 3. L’ouverture de ces interrupteurs a permis de déterminer l’E_IR-free de chaque témoin à l’aide de cette mesure par coupure (MC).

La distance entre les différentes témoins était d’environ 12 m, pour une profondeur de pose de 0,5 m. Le dispositif de courant de protection a été installé à une extrémité de la canalisation simulée. À l’autre extrémité de la canalisation, des défauts d’une surface totale de 200 cm² ont été installés à 10 m de distance des dernières témoins. Ceux-ci simulent la poursuite du tracé de la canalisation. Cette approche a permis de quantifier de manière efficace et objective les possibilités des différentes méthodes de mesure, d’optimiser l’analyse ainsi que de mettre en évidence les limites techniques de mesure.

Résultats et discussion

La corrélation entre les valeurs d’E_IR-free calculées avec MI, CMI, et MR et les valeurs mesurées avec la MC (méthode par coupure) est présentée à la figure 4. Dans le cas d’une correspondance parfaite entre les valeurs mesurées par les différentes méthodes, tous les points se situeraient sur la diagonale du graphique (diagonale continue). Les résultats permettent de tirer les conclusions suivantes:

• Les valeurs déterminées au moyen de la MI et de la CMI corrèlent généralement avec les E_IR-free relevés au moyen de la MC.
• Toutes les témoins qui remplissent le potentiel de protection (E_p) de −0,95 V_CSE (volt copper sulfate electrode) ont également été correctement évaluées comme efficacement protégées contre la corrosion au moyen de la MI et de la CMI.
• Les valeurs déterminées au moyen de la MR présentent de fortes divergences et conduisent à des évaluations erronées. Il s’est avéré que la MR fournit des valeurs correctes pour l’E_off (mesures instantanées du potentiel déclenché), mais pas pour l’E_IR-free.

L’exactitude de la base de calcul de la MR est confirmée. Il apparaît cependant que celle-ci ne doit pas être utilisée pour l’évaluation de la protection cathodique, car, indépendamment de l’E_IR-free des défauts, l’E_off est, dans la plupart des mesures, plus négatif que −0,85 V_CSE. Cette observation confirme la norme SN EN 13 509 [5], selon laquelle une preuve d’efficacité de la PCC basée sur des mesures du E_off n’est pas admissible.

Sur la base de ces résultats, on peut conclure que la preuve d’efficacité de la PCC sur les défauts de revêtement de canalisations, basée sur l’E_IR-free, est possible aussi bien avec la MI qu’avec la CMI. Les résultats présentés montrent en partie des écarts plus importants entre les différentes méthodes de mesure. Un calcul d’erreur a donc été effectué. La dépendance de l’erreur en fonction du gradient de tension ∆U_DC est présentée à la figure 5. Il s’est avéré, dans le cadre de ces essais, que la CMI permet d’atteindre une fiabilité plus élevée en ce qui concerne l’E_IR-free.

Mesures de terrain 

Démarche

Les investigations sur la canalisation simulée ont permis d’obtenir des connaissances essentielles sur les possibilités des différentes méthodes. Des inspections sur les canalisations des partenaires du projet ont permis de vérifier la transférabilité des méthodes aux systèmes de canalisations dans des conditions d’exploitation réelles. La situation de corrosion réelle a ensuite été vérifiée par des excavations (fig. 6, à titre d’exemple).