Son faible coût, sa grande résistance et sa facilité de mise en œuvre font de l'acier doux le matériau de prédilection pour la plupart des applications structurelles telles que les bâtiments, les ponts, les éléments de renforcement (barres d'armature) dans le béton, les tuyaux, les réservoirs et bien d'autres encore. Si l'acier possède une multitude de propriétés souhaitables, il présente également une faiblesse qui menace son intégrité structurelle et sa longévité : la rouille. La plupart des gens connaissent la rouille parce qu'elle provoque des perturbations dans de nombreuses machines dont nous dépendons quotidiennement - les automobiles et les bicyclettes par exemple - sans parler des infrastructures fixes essentielles telles que les ponts, les canalisations, les barrages, les poteaux électriques et bien d'autres encore. Les estimations du coût annuel mondial de la corrosion dépassent les 2 500 milliards de dollars, ce qui représentait 3,4 % du PIB mondial en 2013, date à laquelle l'estimation a été faite !
La plupart des gens savent que l'eau a un rapport avec la rouille : lorsque vous laissez votre vélo à l'extérieur et qu'il pleut, vous remarquez qu'il rouille davantage. La corrosion est un processus de réactions chimiques couplées : une réaction de réduction et une réaction d'oxydation, que l'on appelle réaction "redox" pour rappeler qu'elles se produisent toujours ensemble. Dans le cas de la rouille, l'acier fournit à la fois l'anode et la cathode à différents endroits de la surface, tandis que l'eau est l'électrolyte pour les ions et que l'acier conduit les électrons entre les zones de l'anode et de la cathode.
Comme les produits finaux de ces réactions - l'eau et l'oxyde de fer hydraté - ont un état énergétique inférieur à celui du fer pur, la rouille est inévitable.
La galvanisation, le placage, la peinture et le revêtement en poudre sont des méthodes courantes pour ralentir le processus de corrosion de l'acier doux et ont permis aux ponts, aux grands bâtiments et à d'autres infrastructures de répondre à nos besoins depuis plus de 100 ans.
La galvanisation est un processus qui lie chimiquement le zinc à la surface d'une pièce en acier. Ce zinc, en contact ionique et électrique avec l'acier, est plus "enclin" à céder des électrons et c'est donc le zinc qui se corrode, laissant l'acier pratiquement intact. Le zinc sert d'anode pour la réaction d'oxydoréduction et fait donc de l'acier la cathode - d'où le nom de "protection cathodique".
Il s'avère que le zinc est un excellent choix pour la protection cathodique de l'acier en raison de son faible coût, de sa grande disponibilité et du fait qu'il est facile à utiliser dans plusieurs procédés qui permettent de coller une couche de zinc sur l'acier. La galvanisation à chaud est l'un des nombreux procédés permettant d'adhérer à une couche de zinc sur la surface d'une pièce en acier. Dans le processus de galvanisation à chaud, la pièce d'acier est immergée dans une cuve de zinc en fusion. Le zinc en fusion est suffisamment chaud (450 °C) pour faire fondre la surface de la pièce d'acier. Dans la cuve de zinc en fusion, divers alliages zinc-fer se forment sur la nouvelle surface de la pièce d'acier. Ces couches liées métallurgiquement constituent une barrière mécanique solide entre l'environnement et l'acier, très résistante à l'abrasion.
Ce qu'il faut comprendre, c'est que la galvanisation constitue un revêtement chimiquement actif qui offre une meilleure protection qu'un revêtement tel que la peinture, qui constitue simplement une barrière entre l'acier et l'environnement.
L'acier peut être recouvert d'une variété de métaux plus nobles (le nickel est un choix courant) par une réaction électrochimique provoquée par l'application d'une tension. Le zinc peut également être plaqué sur l'acier, ce qui est une alternative au trempage d'une pièce en acier dans une cuve de zinc en fusion.
La peinture de la surface de l'acier est un autre moyen d'assurer la résistance à la corrosion. La peinture ralentit la corrosion en créant une barrière entre l'acier et l'environnement. La technologie des peintures et des revêtements époxy a considérablement progressé et ces techniques ont un impact positif sur la durée de vie des automobiles, par exemple. D'un point de vue purement anticorrosion, la peinture n'offre aucune protection cathodique, de sorte que toute fissure, tout éclat ou toute rayure dans la couche de peinture permet à l'acier de commencer à se corroder.
Un peu comme la peinture, le revêtement en poudre est une finition qui peut être appliquée sur de nombreux substrats, y compris l'acier, et qui forme une finition décorative dure, plus résistante que la peinture. Appliqué sur le substrat sous forme de poudre sèche, puis durci sur la surface à l'aide de chaleur ou de lumière ultraviolette, le revêtement en poudre scelle le substrat contre l'environnement, le protégeant ainsi de la corrosion. Toutefois, comme la peinture, le revêtement en poudre n'offre pas de protection cathodique.
La galvanisation comme protection contre la corrosion de l'acier est un excellent moyen d'atténuer la corrosion, si bien que plusieurs méthodes de dépôt du zinc sur l'acier ont été mises au point. Le choix d'un procédé de galvanisation particulier fait intervenir des facteurs tels que la capacité à revêtir les cavités intérieures, l'épaisseur souhaitée du revêtement, la température que le substrat peut supporter, les procédés ultérieurs tels que le soudage, le découpage et le formage, ainsi que la taille de la pièce à galvaniser.
La galvanisation en ligne est un processus continu qui consiste à faire passer des longueurs droites de matériau dans un bain de zinc en fusion, puis à appliquer une couche de conversion pour empêcher la formation d'oxyde et d'hydroxyde de zinc naturels. Parfois, une couche de finition en polymère transparent est ajoutée aux surfaces extérieures. Comme il s'agit d'un processus continu réalisé sur des sections droites de matériau, il peut être plus rentable que la galvanisation à chaud. Toutefois, en contrepartie, toute opération postérieure à la galvanisation effectuée sur le tuyau, telle que le soudage ou le découpage, peut compromettre la couche galvanisée et constituer un maillon faible dans la protection contre la corrosion de l'assemblage final.
Le trempage d'une pièce - dans certains cas, de très grands ensembles finis tels que des poutrelles à treillis, des poteaux d'éclairage et des glissières de sécurité - dans du zinc en fusion est le cœur du processus de galvanisation à chaud. La pièce à tremper est nettoyée, dégraissée, décapée et fluxée avant d'être trempée. La galvanisation à chaud est réputée pour la qualité de la pièce finie et peut être utilisée sur les surfaces extérieures ainsi que dans les cavités intérieures lorsque les trous d'aération et d'évacuation ont été soigneusement planifiés. La galvanisation à chaud dépose généralement une couche de zinc trois fois plus épaisse que la galvanisation en ligne. Lorsqu'un assemblage soudé est galvanisé à chaud, l'ensemble de la structure est bien protégé.
