L'étude de la corrosion et la prédiction du comportement des métaux sur de très longues périodes est cruciale, en particulier dans le contexte spécifique de la conservation des matériaux du patrimoine culturel. Les conditions de cette corrosion atmosphérique ont été recréées dans une cellule électrochimique et étudiées sur la ligne DIFFABS.
Le mécanisme de corrosion du fer à très long terme en milieu atmosphérique sous abri suit un cycle humidification – séchage. Pendant ce cycle, et en parallèle de l’oxydation du fer, a lieu la réduction de la couche de produits de corrosion qui se trouve entre le noyau métallique sain et l’atmosphère (figure 1).
En recréant dans une cellule électrochimique (figure 2) les conditions de cette corrosion atmosphérique, il a été possible de suivre in situ le mécanisme de réduction de certaines phases oxydées du fer. Le processus a été suivi pour deux phases, la lépidocrocite et la ferrihydrite, et avec 2 techniques complémentaires, la diffraction des rayons X et la spectroscopie d’absorption des rayons X, qui renseignent respectivement sur la structure cristalline et la structure locale autour du fer.
Les expériences ont été réalisées à l’ESRF sur la ligne CRG FAME, et à SOLEIL sur la ligne DIFFABS. Il a été possible d’identifier les phases (magnétite et ferrihydrite) qui se forment pendant la réduction, améliorant ainsi la compréhension des mécanismes de corrosion à très long terme du fer.
Ce travail sur des systèmes dit modèles, est mis en parallèle d’études de produits de corrosion du fer des matériaux anciens (fer employé dans les monuments historiques ou objets de musée), réalisées notamment par le laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l’altération (LAPA, UMR CEA-CNRS).
micrographie optique d’une coupe transverse d’élément en fer corrodé
photographie de la cellule électrochimique
Série de spectres XANES lors des mesures in situ en cellule électrochimique