Rouille (oxyde)
La rouille est la substance de couleur brun-rouge formée quand des composés contenant du fer se corrodent en présence de dioxygène et d'eau. C'est une réaction d'oxydation lente qui aboutit à la formation d'oxydes ou d'hydroxydes plus ou moins hydratés et mal cristallisés, dont le plus stable est l'hématite.
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La rouille est donc un mélange complexe composé d'oxydes et d'hydroxydes de fer.
Le fer métallique obtenu par un traitement (réduction) du minerai rouge contenant des oxydes de fer, dans des hauts fourneaux, tend à retourner à l'état oxydé une fois exposé à l'air et à l'eau.
Mécanisme probable de formation
Le processus de formation de la rouille peut être décomposé en trois étapes de base :
- la formation d'hydroxyde de fer II [Fe(OH)2] par action sur le fer des ions hydroxydes conjointement formés par réaction du dioxygène de l'air avec l'eau (réaction d'oxydoréduction) ;
- l'oxydation des ions fer II en hydroxyde de fer III sous l'action du dioxygène de l'air ;
- finalement, la transformation spontanée de ce solide en oxyde de fer III hydraté.
Réactions associées
Quand le fer (y compris celui constituant l'acier) entre en contact avec l'eau, un processus électrochimique lent commence. Sur la surface du métal, du fer (état d'oxydation : 0) est oxydé pour passer à l'état d'oxydation II :
- Fe + 2OH− → Fe(OH)2 + 2e−,
pendant que le dioxygène de l'air (degré d'oxydation 0) est réduit en ion hydroxyde :
- 2H2O + O2 + 4e− → 4OH−
Lors de la seconde étape (quasi instantanée) l'hydroxyde de fer II est rapidement oxydé en hydroxyde de fer III selon cette réaction :
- 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3.
Finalement, cet hydroxyde de fer III se transforme spontanément en oxyde de fer III hydraté selon l'équation-bilan suivante[1] :
- 2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O.
Par conséquent, la nécessité de la présence d'eau liquide, qui intervient à chaque étape de la réaction chimique, est comprise. La corrosion tend à progresser plus rapidement dans l'eau de mer que dans l'eau douce, cette dernière étant bien moins conductrice. En effet, l'eau de mer (solution saline) permettant la conduction électrique, favorise les déplacements ioniques et les réactions d'oxydoréduction y ont un meilleur rendement. La formation de la rouille est également accélérée en présence d'acides (pour la même raison), mais empêchée par l'action de surface de l'acide nitrique, c'est la passivation. La rouille possède l'extrême inconvénient de fragiliser les structures qu'elle attaque. En effet, le fer sain y est remplacé par l'oxyde de fer III, qui lui est friable, poreux et mauvais conducteur. Si le phénomène de formation de la rouille peut être stoppé par électrolyse, les parties corrodées de cet objet ne pourront toutefois pas être reconstituées par cette méthode.
Lorsqu'il est question de rouille, la corrosion du fer est désignée en premier lieu, mais dans la vie quotidienne, il s'agit généralement de la corrosion de l'acier, bien plus utilisé de nos jours que le fer pur.
Il est également question de rouille blanche et de rouille verte pour désigner des composés du fer qui se forment lors de la corrosion.
Risques
- La rouille est signe de corrosion et donc de fragilisation de matériaux en fer ou acier, ou de mauvais fonctionnement d'outils, de machines ou de matériels corrodés.
- La formation de grandes quantités de rouille implique une consommation importante d'oxygène. Dans certains cas, dont dans les cales d'un navire ou dans une enceinte fermée contenant une grande quantité de métal en train de rouiller, l'atmosphère peut ainsi devenir anoxique et source d'asphyxie rapide[2].
Protection
Le nombre d'objets métalliques augmentant et jouant des fonctions importantes ou vitales, la protection contre la rouille et contre la corrosion en général est un enjeu industriel et de sécurité important pour notre époque. Cette protection se fait le plus souvent par dépôt de zinc (galvanisation). Il est aussi possible d'utiliser de l'huile ou de la graisse pour protéger certains objets, notamment des pièces mobiles telles que la chaîne d'une bicyclette. Des peintures spécialisées dites anti-rouille existent aussi.
Notes et références
- L'existence de l'hydroxyde de fer trivalent est controversée. Il se formerait des composés mal cristallisés assimilés à des oxydes hydratés appelés ferrihydrites.
- Maritimeaccident.org, Silent Assassin Again – One Fatality, Four Hurt confined space, enclosed space, safe tank entry procedure, 2007-11-22
voir aussi
Articles connexes
Liens externes
- Comprendre la formation instantanée de rouille, par Lyndsie Selwyn (Muséologie et conservation ; Gouvernement canadien)
Bibliographie
- Bresch G (1910) La formation de la rouille. Revue de Métallurgie, 7(6), 433-446 DOI: 10.1051/metal/191007060433.
- Etique M (2014) Effets de l’activité bactérienne réductrice du fer ferrique et des nitrates sur les transformations des produits de corrosion magnétite et sidérite de l’acier non allié (Doctoral dissertation, Université de Lorraine)
- Franiau R (1976) L'ACIDE TANNIQUE, STABILISATEUR DE ROUILLE. In Les Traitements de surface dans la lutte contre la corrosion: colloque des 19 et , Palais des Congrès de Liège: résumés (Vol. 74, p. 129). Université de Liège.
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