Rouille (oxyde)
La rouille est la substance de couleur brun-rouge formée quand des composés contenant du fer se corrodent en présence de dioxygÚne 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.
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.
MĂ©canisme probable de formation
Le processus de formation de la rouille peut ĂȘtre dĂ©composĂ© en trois Ă©tapes de base :
- la formation d'hydroxyde de fer(II) [Fe(OH)2] par action sur le fer des ions hydroxyde conjointement formés par réaction du dioxygÚne de l'air avec l'eau (réaction d'oxydoréduction) ;
- l'oxydation des ions fer(II) en hydroxyde de fer(III) sous l'action du dioxygĂšne 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 + 2OHâ â Fe(OH)2 + 2eâ,
pendant que le dioxygÚne de l'air (degré d'oxydation 0) est réduit en ion hydroxyde :
- 2H2O + O2 + 4eâ â 4OHâ.
Lors de la seconde étape (quasi instantanée), l'hydroxyde de fer(II) est rapidement oxydé en hydroxyde de fer(III) selon la réaction :
- 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 â 4Fe(OH)3.
Finalement, cet hydroxyde de fer(III) se transforme spontanément en oxyde de fer(III) hydraté selon l'équation-bilan[1] :
- 2Fe(OH)3 â Fe2O3 + 3H2O.
Par consĂ©quent, la nĂ©cessitĂ© de la prĂ©sence d'eau liquide, qui intervient Ă chaque Ă©tape de la rĂ©action chimique, est comprise. La corrosion tend Ă progresser plus rapidement dans l'eau de mer que dans l'eau douce, cette derniĂšre Ă©tant bien moins conductrice. En effet, l'eau de mer (solution saline) permettant la conduction Ă©lectrique, favorise les dĂ©placements ioniques et les rĂ©actions d'oxydorĂ©duction y ont un meilleur rendement. La formation de la rouille est Ă©galement accĂ©lĂ©rĂ©e en prĂ©sence d'acides (pour la mĂȘme raison), mais empĂȘchĂ©e par l'action de surface de l'acide nitrique, c'est la passivation. La rouille possĂšde l'extrĂȘme inconvĂ©nient de fragiliser les structures qu'elle attaque. En effet, le fer sain y est remplacĂ© par l'oxyde de fer(III), qui lui est friable, poreux et mauvais conducteur. Si le phĂ©nomĂšne de formation de la rouille peut ĂȘtre stoppĂ© par Ă©lectrolyse, les parties corrodĂ©es de cet objet ne pourront toutefois pas ĂȘtre reconstituĂ©es par cette mĂ©thode.
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'oxygÚne. 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'atmosphÚre peut ainsi devenir anoxique et source d'asphyxie rapide[2].
- La couche de rouille occupant plus de volume que le fer duquel elle est issue, cela provoque lâĂ©clatement des pierres ou du bĂ©ton dans lesquels sont scellĂ©s des objets en fer (gonds, pitons, crochets, armature).
Protection
Les objets en acier jouant des fonctions importantes voire 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 souvent par dépÎt de zinc (galvanisation). Il est aussi possible d'utiliser de l'huile ou de la graisse pour protéger certains objets, notamment des piÚces mobiles telles que la chaßne d'une bicyclette. Des peintures antirouille existent aussi.
Objets calcinés
Lorsqu'un objet en acier prend feu, il rouille trĂšs rapidement (exemple : une voiture brĂ»lĂ©e). Cela s'explique par le fait que ce n'est pas l'objet lui-mĂȘme qui brĂ»le, mais ce qui le recouvre (sur une voiture, la peinture). Le mĂ©tal se retrouve Ă l'air libre et rouille rapidement.
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.
- Silent Assassin Again â One Fatality, Four Hurt confined space, enclosed space, safe tank entry procedure, 22 novembre 2007, sur maritimeaccident.org.
Voir aussi
Articles connexes
Liens externes
- Lyndsie Selwyn, Comprendre la formation instantanée de rouille, Muséologie et conservation, Gouvernement canadien
Bibliographie
- Bresch G. (1910), La formation de la rouille, Revue de MĂ©tallurgie, 7 (6), 433-446, DOI 10.1051/metal/191007060433.
- Etique M. (2014), Effets de lâactivitĂ© bactĂ©rienne rĂ©ductrice du fer ferrique et des nitrates sur les transformations des produits de corrosion magnĂ©tite et sidĂ©rite de lâacier non alliĂ© (doctoral dissertation, universitĂ© de Lorraine).
- Franiau R. (1976), L'acide tannique, stabilisateur de rouille, dans Les Traitements de surface dans la lutte contre la corrosion, colloque des 19 et , Palais des CongrÚs de LiÚge, résumés (vol. 74, p. 129), Université de LiÚge.