L'invité spécial du Dr. Prepper : Tom Swan de MTEST

Idées reçues sur les sels, les chlorures et les revêtements

Le Dr. Prepper invite régulièrement des spécialistes de la préparation de surface, des revêtements et de la protection anticorrosion à partager leurs connaissances et leur expérience. Dans cette édition, découvrez Tom Swan, directeur général de MTEST (MontiPower–Test Equipment & Specialty Tool), basé à Houston, au Texas.

Tom dirige MTEST depuis sa création en 2009 et possède de nombreuses années d'expérience dans les revêtements, la maîtrise de la corrosion et la gestion de l'intégrité. Il est reconnu comme un leader du secteur et un expert des équipements d'essai et d'inspection.

Tom est membre de la Houston Coating Society, de la SSPC et de NACE, et il est très apprécié dans la région de Houston et au-delà pour ses connaissances et ses conseils avisés.

Aujourd'hui, Tom nous livre son point de vue sur certaines croyances répandues – autrement dit des idées reçues – concernant les sels, les chlorures et les revêtements.

Le RED PAPER régulier de MontiPower^®. Plein de faits bons à savoir – et indispensables à connaître – sur la préparation de surface la plus optimale depuis 1987.

Beaucoup de choses ont été écrites sur les sels et les chlorures au fil des années. Une grande partie est vraie, certaines sont parfois trompeuses, mais d'autres sont tout simplement fausses.

Aujourd'hui, Tom et le Dr. Prepper vont dépasser le discours marketing pour démêler le vrai du faux et partager la vérité.

AVERTISSEMENT

AUX PROFESSIONNELS DE LA PRÉPARATION DE SURFACE, DE LA PRÉVENTION DE LA CORROSION ET DE L'INDUSTRIE DES REVÊTEMENTS : Regardez au-delà du marketing pour distinguer les faits de la fiction.

DR. PREPPER : « Tom, vous avez indiqué que de nombreux articles et cahiers des charges emploient indifféremment les termes « sel » et « chlorure ». Pourquoi est-ce un problème ? » TOM : Si la plupart des sels présents sur les surfaces métalliques ou en béton sont généralement des sels de chlorure, tous les sels ne contiennent pas de chlorure. Sur le terrain, la seule façon de déterminer le « sel » est de mesurer la conductivité et d'estimer approximativement les sels totaux ou les solides dissous totaux (TDS). La seule façon de mesurer l'anion chlorure est d'utiliser un test spécifique aux chlorures.

Pour déterminer quel test convient le mieux à un projet, nous devons comprendre la problématique spécifique des « contaminants de surface invisibles ».

Qu'est-ce qu'un sel ?

DR. PREPPER : « Quelle est la différence entre un chlorure et un sel, Tom ? » TOM : Eh bien, la première étape consiste à comprendre ce qui constitue un sel. On qualifie souvent les sels de molécules. En réalité, les sels ne sont pas des molécules et devraient plutôt être appelés « unités formulaires ». Cela prend tout son sens si l'on observe la structure cristalline d'un cristal de sel.

Examinons un cristal de chlorure de sodium (NaCl) (Figure 1).

(Figure 1)

La figure 1 montre que chaque ion chlorure est lié à quatre ions sodium (six pour un réseau cubique à faces centrées) par de fortes charges électrostatiques appelées liaisons ioniques. Chaque ion sodium est également lié à quatre autres ions chlorure par des liaisons ioniques.

Comme aucun ion n'est rattaché à un seul autre ion, il ne s'agit pas d'une molécule mais d'un réseau de 1 anion chlorure (Cl–) pour 1 cation sodium (Na+), soit NaCl. Les sels sont généralement composés d'un atome métallique (cation) et d'un atome non métallique (anion) reliés par des liaisons ioniques. D'autres sels contiennent deux atomes non métalliques (chlorure d'ammonium

) ou deux atomes métalliques (plombate de calcium [CaO3Pb]).

DR. PREPPER : « Notre secteur a été inondé d'articles sur les chlorures et les sels qui laissent entendre que certains sont pires que d'autres en matière de cloquage osmotique (par ex. les chlorures, les sulfates et les nitrates seraient néfastes).

Pouvez-vous nous expliquer quelques termes utilisés dans ces articles, Tom ? »

TOM : Bien sûr. Solution

• Une solution est composée d'un solvant et d'un soluté. Dans le cas présent, le solvant est l'eau et le soluté est la substance hydrosoluble présente sur la surface, sous la peinture.

Osmose

• Il s'agit d'une propriété colligative des solutions, qui dépend du nombre de particules ou d'ions dans un volume donné de solvant, et non de la masse ou du type de ces particules ou ions.
• L'osmose est indépendante de la nature chimique du soluté, mais dépend fortement du solvant. Ce qui est dissous peut être des ions, des solvants ou des composés organiques comme le sucre.

Pression osmotique

• La pression osmotique dépend du nombre de particules ou d'ions dissous, et non de la nature chimique du soluté.
• Le type de soluté n'a donc pas d'importance. En revanche, le type de solvant en a. Ce point est détaillé ci-dessous.

Examinons donc 5 idées reçues ou croyances répandues dans notre secteur, que nous entendons souvent répéter.

Idée reçue n° 1 : « Les sels de chlorure attirent l'eau à travers les membranes »

De nombreux articles du secteur laissent entendre que certains sels contenant des anions chlorure sont hygroscopiques et donc pires que d'autres pour provoquer des cloques osmotiques. Selon cette idée reçue, l'anion chlorure hygroscopique, généralement sous forme de NaCl, attire l'eau à travers le revêtement, ce qui fait croître une cellule osmotique.

TOM : C'EST FAUX.

En réalité, les sels de chlorure n'attirent pas l'eau à travers le revêtement. La solution située d'un côté du revêtement ne peut pas détecter directement ce qui se trouve de l'autre côté, sauf en cas de brèche ou de trou dans le revêtement. De plus, le sel habituellement désigné comme problématique, le NaCl, n'est pas particulièrement hygroscopique comparé à de nombreux autres sels.

Le comportement miraculeux des molécules d'eau

Un revêtement est considéré comme semi-perméable, ce qui signifie qu'il laisse passer les petites molécules (eau), mais pas les molécules plus grosses (anions et cations). Lorsque de l'eau se trouve à la surface du revêtement, de petites quantités migrent à travers celui-ci sous forme de molécules individuelles. Lorsque ces molécules atteignent le substrat sous le revêtement, si la surface est propre, les molécules d'eau poursuivent leur chemin. Lorsque l'eau atteint la surface, si elle rencontre des sels solubles, elle dissout ces sels solubles ou d'autres matières hydrosolubles pour former une solution.

Les particules dissoutes abaissent la pression de vapeur de la solution, ce qui empêche le liquide de quitter la solution et crée une force motrice (pression osmotique) du côté où la pression de vapeur est la plus élevée (le liquide à l'extérieur du revêtement) vers le côté où la pression de vapeur est la plus faible (la solution sous le revêtement). La pression osmotique est déterminée par la relation entre les deux solutions séparées par la membrane semi-perméable (le revêtement).

DR. PREPPER :

Donc, Tom, vous dites que c'est le nombre d'ions dans la solution, ou concentration molaire, qui détermine la pression osmotique, et non la composition des ions ?

TOM : C'est exact, Dr. Prepper. Des ions de sels solubles tels que Na+ et Cl-, ou des composés organiques solubles tels que des sucres ou des solvants. ^1-3 Le point important à retenir est le suivant : le soluté dissous n'a aucune incidence sur l'osmose. Il ne doit même pas nécessairement s'agir d'un sel. Encore une fois, ce qui compte, c'est le nombre de particules dissoutes. La théorie osmotique qui traite de ce cloquage des revêtements n'est vraie qu'en dilution extrême ; la théorie est donc valable pour cette discussion.

Si la nature du soluté n'a aucune incidence sur l'osmose, elle en a une sur la formation d'une cellule de corrosion. Si le soluté est ionique, le liquide sous le revêtement sera un électrolyte et formera une cellule de corrosion. Le soluté dissous influe sur l'intensité de la cellule de corrosion. Si les sels présents dans la solution rendent le pH acide, la cellule de corrosion sera plus corrosive que si la solution est basique.

Idée reçue n° 2 : « Les additifs chimiques sont nécessaires pour éliminer les sels hydrosolubles »

DR. PREPPER : Cela m'amène à ma question suivante. On entend souvent dans notre secteur que la seule façon d'éliminer complètement les sels hydrosolubles est d'utiliser des additifs chimiques. Cette croyance répandue nous conduit à parler du rôle des produits chimiques dans la réduction des sels hydrosolubles ou de la contamination par les chlorures. TOM : C'EST FAUX

Dans la plupart des cas, l'utilisation d'eau à haute pression suffit à éliminer les sels jusqu'à un niveau assez bas pour satisfaire au critère d'extraction. Il est important d'utiliser une eau de bonne qualité pour éviter une contamination supplémentaire de la surface. La plupart des eaux potables conviennent ; l'eau d'incendie ou l'eau de mer, en général, non. L'objectif est que la surface satisfasse au critère d'extraction à la fin du cycle de lavage.

L'eau sous pression nettoie une surface mieux que le simple fait d'y verser un seau d'eau.

L'énergie transmise à l'eau sous pression aide à rompre la tension superficielle de l'eau, de sorte qu'elle mouille plus efficacement la surface. En règle générale, une eau plus pure dissout davantage de sels. Ajouter un tensioactif (agent de rinçage) à l'eau de lavage peut en accroître l'efficacité, de la même manière que l'ajout de détergent dans un lave-vaisselle aide à nettoyer la vaisselle.

Lorsque la qualité de l'eau de lavage diminue, ou que la surface est corrodée ou piquée, des nettoyants de surface (agents de rinçage) peuvent aider à éliminer les sels. Toutefois, si l'eau de lavage est trop contaminée, même la présence des produits chimiques n'aidera pas à nettoyer la surface. Dans certains cas, si le mauvais nettoyant est utilisé, il peut même accroître la contamination. Après le lavage, la surface doit être testée afin de mesurer la quantité de sels qu'elle porte.

Tous les nettoyants fonctionnent globalement de la même manière

DR. PREPPER : POUVEZ-VOUS EXPLIQUER COMMENT LES NETTOYANTS AGISSENT SUR LES SURFACES ? TOM : Pour éliminer les sels, le solvant (l'eau) doit atteindre le soluté (les sels). Le nettoyant doit réduire la tension superficielle de l'eau pour mieux accéder aux sels. Le tensioactif contenu dans les agents de rinçage, associé à l'eau sous pression, permet à l'eau de mieux atteindre les sels, qui sont alors entraînés dans la solution par l'eau. Cela aide également à éliminer les particules insolubles ainsi que les huiles et graisses légères.

C'est pourquoi la plupart des produits d'élimination des sels nécessitent l'utilisation d'eau à haute pression. En général, plus la pression est élevée, plus le lavage est efficace.

 

 

La seule façon d'être certain que la surface est exempte de sels, même après nettoyage, est de réaliser un test de conductivité.

Idée reçue n° 3 : « Seuls les nettoyants à base d'acide éliminent les chlorures, les sulfates ou les nitrates »

DR. PREPPER : J'ai lu quelques articles laissant entendre que la seule façon efficace d'éliminer les sels contenant des chlorures, des sulfates ou des nitrates est d'utiliser des nettoyants à base d'acide. TOM : C'EST UNE IDÉE REÇUE.

Plusieurs produits disponibles sur le marché éliminent les sels de l'acier. Les nettoyants acides, neutres et basiques peuvent tous être utilisés efficacement.

Ce que nous a appris l'étude du Kennedy Space Center

Une étude de deux ans menée par le Kennedy Space Center a comparé quatre nettoyants formulés pour éliminer les ions chlorure. Il s'agissait de produits du commerce, appelés génériquement agents de rinçage chimiques (CRA), déjà utilisés pour le lavage des avions.

Ces CRA comprenaient des nettoyants acides (pH initial = 3,5), neutres et basiques (pH initial = 9,0).

Les chercheurs ont rincé divers coupons métalliques et les ont laissés sécher en exposition en bord de mer. Des comparaisons ont été faites entre des coupons rincés à l'eau déminéralisée, à l'eau de mer et d'autres non rincés. Les chercheurs ont constaté que le pH du nettoyant n'avait aucun effet sur sa capacité à éliminer les sels de l'acier pour stopper la corrosion atmosphérique. Les nettoyants à base d'acide sont ioniques. Une fois utilisés pour éliminer les sels, ils doivent eux-mêmes être éliminés de l'acier, car ce sont également des sels. Si le nettoyant est encore présent sur la surface au moment de la mise en peinture, il peut former une solution corrosive.

Les nettoyants alcalins sont généralement à base d'amines. Ils sont non ioniques et n'apportent que peu ou pas de conductivité à l'eau de lavage. Certains, comme HoldTight^®102, sont 100 % volatils et s'évaporent de la surface avec l'eau. Si un résidu de l'agent de rinçage subsiste, une cellule de corrosion se forme, mais à mesure que la solution devient plus basique, elle inhibe ou réduit la corrosion.

Idée reçue n° 4 : « Rechercher les ions chlorure, sulfate et nitrate garantit une surface exempte de sels »

DR. PREPPER :

Cette croyance répandue affirme en substance que, pour garantir une surface exempte de sels, il suffit de rechercher la présence des trois sels les plus courants. Qu'en pensez-vous ?

TOM : Comme les ions chlorure, sulfate et nitrate représentent la majorité des sels présents, ils constituent généralement un bon indicateur des sels restant sur une surface donnée, et de nombreux cahiers des charges exigent d'ailleurs la recherche d'un ou plusieurs de ces ions.

Si la préoccupation principale concerne les sels de déneigement contenant des chlorures, la recherche de chlorures permettra probablement de détecter la majorité de ces ions – mais pas forcément.

Les nettoyants à base d'acide, par exemple, contiennent d'autres sels, qui peuvent contaminer la surface pendant le nettoyage. Ils ne contiennent toutefois pas d'ions Cl-, SO4- ou NO2-. Avec les nettoyants non ioniques, ce problème ne se pose pas.

Comme nous l'avons mentionné plus haut, la seule façon d'être certain que votre surface est exempte de sels, même après nettoyage, est de réaliser un test de conductivité.

S'il n'y a pas de conductivité, aucun ion chlorure, sulfate, nitrate ou autre n'est présent sur la surface. Et c'est précisément pour cette raison que les normes européennes et les normes de l'Organisation maritime internationale (OMI) exigent des tests de conductivité.

Idée reçue n° 5 :

DR. PREPPER :

J'ai entendu dire que « les nettoyants à base d'amines n'éliminent pas les sels, ils les masquent ». Est-ce vrai ?

On affirme souvent que certains nettoyants peuvent masquer les sels, de sorte qu'ils ne sont pas détectés lors des tests.

 

Cela peut relever soit

DU FAIT, SOIT DE LA FICTION,

selon la chimie du nettoyant TOM : CELA DÉPEND. Qu'un nettoyant masque ou non certains sels dépend réellement de sa chimie.

Certains inhibiteurs agissent en formant une couche barrière sur la surface, de sorte que l'oxygène et l'eau ne puissent pas facilement migrer à travers cette barrière. Un exemple courant est l'utilisation d'acide phosphorique (H3PO4) ou de phosphates pour former du phosphate de fer sur la surface.

La phosphatation de l'acier est une pratique reconnue. En termes généraux, elle consiste à utiliser un acide qui réagit avec l'acier ou le grave afin de créer un revêtement de sel insoluble dans l'eau.

D'autres inhibiteurs basiques pourraient former des barrières d'oxyde de fer ou d'hydroxyde de fer (FeHO2) en réagissant avec un sel de fer hydrosoluble pour former une couche de sel insoluble dans l'eau. Cette barrière masquerait les sels s'ils étaient présents sur l'acier situé dessous.

Les amines, qui sont des dérivés de l'ammoniac (NH3), sont des bases faibles et souvent citées comme des produits filmogènes susceptibles de masquer les sels. Présenter les choses ainsi est toutefois trompeur ; certaines amines sont formulées pour créer un film hydrophobe stable sur la surface métallique afin de repousser l'eau. Ces types d'amines sont souvent utilisés dans l'industrie du traitement de l'eau pour inhiber la corrosion. Là encore, la barrière d'amine pourrait masquer les sels situés dessous si des sels étaient présents sur l'acier.

Les amines peuvent toutefois être formulées pour présenter de nombreuses propriétés différentes, notamment un caractère aromatique. Étant non ioniques, des produits tels que HoldTight®102 sont des amines aromatiques et ne laissent pas de film masquant les sels sur les surfaces. Ils n'ajoutent aucun sel à la surface nettoyée et ne forment aucune couche hydroxyle impénétrable sur l'acier.

Les conclusions de Tom :

DR. PREPPER :

Merci d'avoir démêlé pour nous le vrai du faux, Tom. Un dernier mot ?

TOM : Les idées reçues ou croyances répandues dans le secteur existent en raison d'expériences différentes et d'intérêts différents, qu'ils soient scientifiques ou commerciaux. Ce n'est pas parce que c'est imprimé que c'est vrai. De nombreux articles sur les revêtements et la corrosion ne reposent pas sur des recherches originales, mais plutôt sur des articles antérieurs.

Souvent, des extraits d'articles ou de documents techniques sont cités hors contexte, ce qui déforme le sens du texte d'origine.

Les erreurs d'un article se transmettent aux articles suivants !

Certains articles mélangent opinion personnelle, observation pratique et discours marketing, avec peu ou pas de relecture par des pairs. À force de répéter une idée reçue, on finit par la faire passer pour la vérité.

DR. PREPPER : On dirait que ces articles peuvent être trompeurs. Mais le savoir, c'est le pouvoir. TOM : Exactement ! Il est temps de ressortir ce vieux livre de chimie. Lorsque des références sont indiquées, prenez le temps de les vérifier. Ne croyez pas quelque chose simplement parce que quelqu'un l'a dit lors d'une conférence ou l'a publié dans un article.

À ce propos ;

Voici nos références :

1. C.Hare, JPCL 10 (2007): p.77
2. C.Hare, JPCL 2 (1998): pp. 45-63
3. C.Hare, JPCL 3 (1998): pp. 17-34

Télécharger le Dr. Prepper Paper 02

Vous pouvez également télécharger l'intégralité des éditions Dr. Prepper :

Vous souhaitez en savoir plus sur MTEST et les revêtements ?

MTEST

Tom Swan

5750 N Sam Houston Prky E

Suite 1016

Houston, TX 77032

Bureau : (281) 359-2215

Portable : (281) 300-9435

tswan@m-testco.com

 

The Coating Inspectors Handbook - MTEST