Sciences · Chimie
Corrosion et rouille
La corrosion est la dégradation d’un métal par réaction avec son environnement. La rouille en est la forme la plus connue : l’oxydation du fer par l’eau et le dioxygène.
Mis à jour le 4 min de lecture
La plupart des métaux n’existent pas à l’état natif dans la nature : on les extrait de minerais, souvent des oxydes, au prix d’une grande dépense d’énergie. La corrosion est en quelque sorte le retour spontané du métal vers cet état plus stable. Elle coûte cher : selon une étude de l’association internationale NACE publiée en 2016, son coût mondial représenterait environ 3 % du produit intérieur brut mondial. Ponts, canalisations, coques de navires et carrosseries doivent être protégés en permanence.
Les conditions de la rouille
Le fer ne rouille pas dans l’air parfaitement sec, ni dans de l’eau privée de dioxygène. Il faut les deux à la fois : de l’eau (même une fine pellicule d’humidité) et du dioxygène. Une expérience classique le montre : trois clous placés dans de l’air sec (avec un dessiccant), dans de l’eau bouillie recouverte d’huile et dans de l’eau au contact de l’air ; seul le troisième rouille.
Le mécanisme électrochimique
La rouille est une réaction d'oxydoréduction qui fonctionne comme une petite pile. Sur la surface du fer, deux zones se forment :
| Zone | Réaction | Rôle |
|---|---|---|
| Zone anodique | Fe → Fe²⁺ + 2 e⁻ | le fer est oxydé et se dissout |
| Zone cathodique | O₂ + 2 H₂O + 4 e⁻ → 4 HO⁻ | le dioxygène est réduit |
Les électrons circulent dans le métal, les ions dans la goutte d’eau. Les ions Fe²⁺ et HO⁻ forment de l’hydroxyde de fer(II), qui s’oxyde à son tour à l’air en oxyde de fer(III) hydraté : la rouille.
Bilan simplifié : 4 Fe + 3 O₂ + 2n H₂O → 2 Fe₂O₃·nH₂O
L’attaque se produit souvent là où l’oxygène est le moins abondant, au centre de la goutte ou sous un dépôt, tandis que la rouille se dépose plus loin. C’est pourquoi une rayure de peinture peut cacher une corrosion importante.
Pourquoi la rouille est-elle si destructrice ?
Contrairement à d’autres oxydes, la rouille est poreuse, friable et non adhérente. Elle n’arrête pas l’attaque : l’eau et l’oxygène la traversent et continuent de ronger le métal en dessous. De plus, elle occupe un volume plusieurs fois supérieur à celui du fer consommé, ce qui fait éclater le béton armé autour des armatures rouillées.
Ce qui accélère la corrosion
- Le sel : l’eau de mer et le sel de déneigement rendent l’eau plus conductrice et accélèrent fortement la pile de corrosion ; les ions chlorure attaquent aussi les couches protectrices.
- L’acidité : les pluies acides et les atmosphères industrielles chargées de dioxyde de soufre.
- La chaleur et l’humidité.
- Le contact entre deux métaux différents (corrosion galvanique) : le métal le plus réducteur se corrode à la place de l’autre. Une vis en acier dans une tôle de cuivre, en présence d’humidité, rouille très vite.
Les métaux qui ne rouillent pas
| Métal | Comportement |
|---|---|
| Aluminium | très réactif, mais se couvre aussitôt d’une fine couche d’alumine Al₂O₃ imperméable et adhérente qui le protège : c’est la passivation |
| Zinc | forme une couche de carbonate de zinc protectrice |
| Cuivre | se couvre lentement de vert-de-gris (carbonates et sulfates de cuivre), la patine verte des toits et de la statue de la Liberté |
| Acier inoxydable | contient au moins 10,5 % de chrome, qui forme une couche passive d’oxyde de chrome capable de se reformer si elle est rayée |
| Or, platine | métaux nobles, quasi inattaquables : on les trouve à l’état natif |
Le mot « rouille » est réservé au fer et à ses alliages ; les autres métaux se corrodent, s’oxydent ou se ternissent (l’argent noircit au contact de composés soufrés de l’air, en formant du sulfure d’argent).
Comment protéger un métal ?
Isoler le métal de son milieu
- Peintures, vernis, revêtements plastiques : ils empêchent l’eau et l’oxygène d’atteindre le fer, tant qu’ils restent intacts.
- Huiles et graisses pour les pièces mécaniques et les outils.
- Émaillage : couche vitreuse des baignoires et casseroles en fonte émaillée.
Utiliser un métal sacrificiel
- Galvanisation : l’acier est trempé dans du zinc fondu. Même rayée, la couche de zinc, plus réductrice que le fer, s’oxyde à sa place et le protège.
- Anodes sacrificielles : des blocs de zinc ou de magnésium vissés sur les coques de bateaux, les chauffe-eau ou les pipelines se corrodent à la place de l’acier ; on les remplace périodiquement.
Protection électrochimique et alliages
- Protection cathodique par courant imposé : un générateur maintient la structure à protéger (pipeline, plateforme pétrolière) à un potentiel où le fer ne peut plus s’oxyder.
- Alliages résistants : acier inoxydable, aciers autopatinables (de type Corten) dont la couche de rouille superficielle devient dense et protectrice.
- Revêtements électrolytiques : chromage, nickelage, étamage (fer-blanc des boîtes de conserve), réalisés par électrolyse.
Questions fréquentes
Pourquoi les voitures rouillent-elles plus vite en hiver dans les pays où l’on sale les routes ?
Le sel dissous dans l’eau projetée sur la carrosserie augmente fortement la conductivité de l’eau et attaque les couches protectrices : la corrosion électrochimique s’accélère.
La rouille est-elle dangereuse pour la santé ?
L’oxyde de fer lui-même est peu toxique. Le danger d’une coupure par un objet rouillé vient surtout du tétanos, dont la bactérie vit dans la terre ; c’est la vaccination qui protège, pas l’absence de rouille.
L’acier inoxydable peut-il rouiller ?
Oui, dans des conditions sévères : eau de mer stagnante, chlore, contact prolongé avec de l’acier ordinaire ou chaleur. Les nuances dites « marines », contenant du molybdène, résistent mieux.