Alliages de protection cathodique : normes et compositions

Une anode de protection cathodique n'est pas un simple morceau de métal. Sa composition chimique détermine son potentiel, sa capacité, sa durée de vie et le milieu dans lequel elle fonctionne. Un écart de quelques centièmes de pour cent sur un élément mineur suffit à faire passiver une anode, ou à la consommer deux fois plus vite que prévu. C'est pourquoi chaque famille d'alliages est encadrée par des normes précises.

Cet article passe en revue les quatre familles utilisées en protection cathodique, aluminium, zinc, magnésium et fer-silicium, avec leurs normes de référence, leurs éléments d'alliage clés et leur domaine d'emploi.

Anodes galvaniques ou anodes à courant imposé

Deux logiques coexistent. Les anodes galvaniques, ou sacrificielles, se dissolvent spontanément au profit de l'acier, plus noble qu'elles : leur alliage doit donc offrir un potentiel suffisamment négatif et une dissolution régulière. Les anodes à courant imposé, elles, reçoivent leur courant d'un transformateur-redresseur : on attend d'elles l'inverse, une consommation aussi lente que possible.

Les trois premières familles ci-dessous sont galvaniques, la quatrième sert au courant imposé.

Aluminium : l'alliage Al-Zn-In pour le milieu marin

L'aluminium pur se recouvre d'une couche d'oxyde qui le passive : il cesserait vite de protéger quoi que ce soit. L'ajout de zinc (2,5 à 5,75 %) et surtout d'indium (0,015 à 0,040 %) empêche cette passivation et maintient l'anode active.

• Normes : DNV-RP-B401, NORSOK M-503, NF EN 12496, ISO 15589-2.
• Milieu : eau de mer, offshore, sédiments marins.
• Potentiel : environ −1,05 à −1,10 V par rapport à l'électrode Ag/AgCl.
• Capacité : environ 2 000 à 2 500 Ah/kg, la plus élevée des trois familles galvaniques.

Les impuretés sont strictement plafonnées : fer ≤ 0,09 %, silicium ≤ 0,12 %, cuivre ≤ 0,003 %, cadmium ≤ 0,002 %. C'est l'alliage de référence des plateformes, pipelines sous-marins et ouvrages portuaires. Voir notre anode aluminium-indium.

Zinc : deux types selon le milieu

Le zinc offre une capacité plus modeste mais un comportement très stable. Les normes distinguent deux qualités.

Type I, alliage Zn-Al-Cd

• Normes : MIL-DTL-18001, ASTM B418 Type I, NF EN 12496.
• Milieu : eau de mer et eau saumâtre.
• Composition clé : aluminium 0,10 à 0,50 %, cadmium 0,025 à 0,07 %, fer ≤ 0,005 %.
• Potentiel : environ −1,03 à −1,05 V Ag/AgCl ; capacité environ 780 Ah/kg.

Type II, zinc haute pureté

• Norme : ASTM B418 Type II.
• Milieu : sols et eau douce, à éviter au-delà de 50 °C.
• Composition clé : zinc quasi pur, aluminium ≤ 0,005 %, fer ≤ 0,0014 %.
• Potentiel : environ −1,10 V Cu/CuSO₄ en sol ; capacité environ 780 Ah/kg.

Gamme associée : anodes zinc 7 kg, anodes zinc 14 kg et ruban de zinc.

Magnésium : la tension motrice pour les sols résistifs

Le magnésium a le potentiel le plus négatif des alliages galvaniques. Cette forte tension motrice lui permet de débiter dans des sols et des eaux peu conducteurs, là où le zinc ou l'aluminium resteraient sans effet. La norme de référence est l'ASTM B843, complétée par la NF EN 12438.

AZ63B (H-1A), le standard

• Aluminium 5,3 à 6,7 %, zinc 2,5 à 3,5 %, manganèse 0,15 à 0,7 %, cuivre ≤ 0,02 %.
• Potentiel environ −1,50 à −1,55 V Cu/CuSO₄ ; sols et eaux faiblement conducteurs.

AZ63C (H-1B)

• Même base que l'AZ63B, avec des tolérances d'impuretés plus larges : silicium ≤ 0,30 %, cuivre ≤ 0,05 %.
• Même potentiel et même domaine d'emploi.

M1C, haut potentiel

• Magnésium au manganèse (0,50 à 1,3 %), presque sans aluminium (≤ 0,01 %).
• Potentiel environ −1,70 à −1,75 V Cu/CuSO₄ : le choix des sols résistifs, au-delà d'environ 50 Ω·m.

Pour les trois nuances, la capacité usuelle est d'environ 1 100 à 1 230 Ah/kg. Le nickel est particulièrement surveillé (≤ 0,001 à 0,003 %) : même à l'état de traces, il dégrade fortement le rendement. Voir nos anodes en magnésium et le ruban magnésium, qui répartit l'anode sur toute une longueur.

Fer-silicium : l'anode du courant imposé

Pour le courant imposé, on cherche un matériau qui se consomme le moins possible. La fonte à haute teneur en silicium (14,20 à 14,75 %) forme en surface une couche d'oxyde de silicium conductrice qui la protège. Les trois qualités sont définies par l'ASTM A518/A518M.

• Grade 1, FeSi : sols peu agressifs, sans chlorures ; consommation environ 0,25 à 0,5 kg/A·an.
• Grade 2, FeSiCr : ajout de chrome (3,25 à 5 %) et de molybdène ; peu utilisé aujourd'hui.
• Grade 3, FeSiCr : le chrome résiste aux chlorures : eau de mer, sols salins, déversoirs profonds ; consommation environ 0,1 à 0,35 kg/A·an.

Voir nos anodes fer-silicium. Les anodes en titane revêtu d'oxydes mixtes (MMO) et en graphite servent aussi en courant imposé, mais ne relèvent pas d'une norme d'alliage de ce type.

Comment choisir

• Eau de mer, offshore : aluminium Al-Zn-In, ou zinc Type I.
• Sol ou eau douce peu résistifs : zinc Type II ou magnésium AZ63.
• Sol résistif : magnésium haut potentiel M1C.
• Besoin en courant élevé, grand linéaire : courant imposé, avec un déversoir fer-silicium Grade 3 en milieu chloruré.

Le choix dépend aussi de la résistivité mesurée sur site, de la durée de vie visée et de la qualité du revêtement. Sur ce dernier point, voir notre article courant imposé ou anode sacrificielle.