Influence of the adhesion and the enzymatic activity of the biofilm on the electrochemical behaviour of stainless steels immersed in freshwaters
Influence de l'adhésion et de l'activité enzymatique du biofilm sur le comportement électrochimique des aciers inoxydables immergés en eaux de rivière
Résumé
While it is true that the Open Circuit Potential (OCP) of stainless steels increases in natural seawater, the systematic aspect of this phenomenon has not yet been demonstrated in natural freshwater. This evolution of the electrochemical behaviour is due to the colonization of the surface by microorganisms leading to modifications of the cathodic processes.
Two different enzymatic mechanisms are offered in literature : one developed in seawater and based on the enzymatic production of hydrogen peroxide and acidity within the biofilm, and the other one developed in river water and based on the deposition of manganese oxides at the surface of the material. The aim of this work was to confirm the systematic character of the increase of the OCP and to highlight the mechanism(s) responsible for this evolution, as well as to determine the influence of the adhesion of the biofilm. To achieve this, electrochemical measurements and analysis/observations of the surface were realized, both in situ, during experiments in the Seine river using an original technique of immersion, and in laboratory during adhesion experiments of wild microbial strains, coming from samples of sessile of the natural freshwater, on stainless steels.
The results of the experiments show that the two mechanisms mentioned in the literature can happen in the same water and can lead to parallel evolutions of the electrochemical behaviour. The model of production of hydrogene peroxide by glucose oxidase, creating an oxidizing and acid environment, has been adapted to the case of artificial freshwater. It enables to recreate the variations of the OCP and of the cathodic reactions but can differ from natural freshwater as to the chemical composition and electronic structure of the passive film. Finally,the study of the bioadhesive phenomenons has shown how difficult it is to obtain an electrochemically- active biofilm in laboratory.
Two different enzymatic mechanisms are offered in literature : one developed in seawater and based on the enzymatic production of hydrogen peroxide and acidity within the biofilm, and the other one developed in river water and based on the deposition of manganese oxides at the surface of the material. The aim of this work was to confirm the systematic character of the increase of the OCP and to highlight the mechanism(s) responsible for this evolution, as well as to determine the influence of the adhesion of the biofilm. To achieve this, electrochemical measurements and analysis/observations of the surface were realized, both in situ, during experiments in the Seine river using an original technique of immersion, and in laboratory during adhesion experiments of wild microbial strains, coming from samples of sessile of the natural freshwater, on stainless steels.
The results of the experiments show that the two mechanisms mentioned in the literature can happen in the same water and can lead to parallel evolutions of the electrochemical behaviour. The model of production of hydrogene peroxide by glucose oxidase, creating an oxidizing and acid environment, has been adapted to the case of artificial freshwater. It enables to recreate the variations of the OCP and of the cathodic reactions but can differ from natural freshwater as to the chemical composition and electronic structure of the passive film. Finally,the study of the bioadhesive phenomenons has shown how difficult it is to obtain an electrochemically- active biofilm in laboratory.
Si l'augmentation du potentiel de corrosion libre des aciers inoxydables est avérée en eau de mer naturelle, l'aspect systématique de ce phénomène n'a pas encore été démontré en eau de rivière naturelle. Cette évolution du comportement électrochimique est due à la colonisation de la surface par des microorganismes induisant des modifications des processus cathodiques. Deux mécanismes enzymatiques différents sont proposés dans la littérature, l'un développé en eau de mer et fondé sur la production enzymatique de peroxyde d'hydrogène et d'acidité au sein du biofilm, et l'autre développé en eau de rivière et basé sur la déposition d'oxydes de manganèse à la surface du matériau. L'objectif de ce travail a été de confirmer le caractère systématique de l'augmentation du potentiel de corrosion libre et de mettre en évidence le (ou les) mécanisme(s) à l'origine de cette évolution, ainsi que de déterminer l'influence de l'adhésion du biofilm. Pour cela, des mesures électrochimiques, ainsi que des observations et des analyses de surface, ont été réalisées à la fois in situ au cours d'expériences dans la Seine à l'aide d'un dispositif original d'immersion, et en laboratoire lors d'expériences d'adhésion sur acier inoxydable à l'aide de souches microbiennes sauvages provenant de prélèvements de flore sessile dans la Seine.
Les résultats expérimentaux prouvent que les deux mécanismes évoqués dans la littérature peuvent avoir lieu dans un même cours d'eau et mener à des évolutions du comportement électrochimique comparables. Le modèle de production de peroxyde d'hydrogène par la glucose-oxydase, générant un milieu oxydant et acide, a été adapté au cas de l'eau de rivière artificielle. Il permet de reproduire les variations du potentiel de corrosion libre et des réactions cathodiques mais peut différer de l'eau de rivière naturelle du point de vue de la composition chimique et de la structure électronique du film passif. Enfin, l'étude des phénomènes de bioadhésion a montré la difficulté d'obtenir en laboratoire un biofilm électrochimiquement actif.
Les résultats expérimentaux prouvent que les deux mécanismes évoqués dans la littérature peuvent avoir lieu dans un même cours d'eau et mener à des évolutions du comportement électrochimique comparables. Le modèle de production de peroxyde d'hydrogène par la glucose-oxydase, générant un milieu oxydant et acide, a été adapté au cas de l'eau de rivière artificielle. Il permet de reproduire les variations du potentiel de corrosion libre et des réactions cathodiques mais peut différer de l'eau de rivière naturelle du point de vue de la composition chimique et de la structure électronique du film passif. Enfin, l'étude des phénomènes de bioadhésion a montré la difficulté d'obtenir en laboratoire un biofilm électrochimiquement actif.
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