Study of corrosion and corrosion protection mechanisms to reduce the electromagnetic signature of ship
Etude des mécanismes de corrosion et protection contre la corrosion pour la minimisation de la signature électrique des bâtiments de la marine
Résumé
Currently, the optimization of corrosion protection system for offshore structures, with the prediction of their degradation state, are major challenges. These protection systems yield electromagnetic fields leading to the appearance of chat is called an electrical signature of ships. For Navy vessels, this represents a risk of being detected by different types of sensors. Thus it becomes essential to work on the electric discretion of ships. This signature would depend on the physical conditions of the environment, but also on the surface state of the immersed metals: propeller and hull. An assessment of the actual impact of these parameters is important for a realistic prediction of this signature by numerical simulation. CorOns solver has been developed in this context, this solver is based on the method of Boundary Element Method (“BEM”) and its development is at the origin of an inter-laboratory collaboration (DGA, G2Elab and LEPMI). As most of computational tools, experimental results are required especially to fix boundary conditions. This PhD project was carried out to enrich the solver databases and in order to have better understanding of the evolution of the interfaces according to the different corrosion scenarios encountered in real conditions . Electrochemical techniques such as electrochemical impedance spectroscopy and voltammetry were used to meet these expectations, by characterizing the different interfaces present in a ship’s hull: material of propeller and hull. The results obtained confirmed the dependence of the measured current densities and thus indirectly the electrical signature of the ships, with the electrolyte temperature, aeration, and agitation and also with the surface state of the metals. An increase of temperature of 10°C leads to an increase of 20 µA.cm-2 for the unpainted carbon steel. Similarly, a variation of the aeration conditions of the electrolyte increased the corrosion rate of the martensitic steel representing the propeller material under cathodic polarization. In contrary, the aging of interfaces characterized by the formation of calcareous deposit under PCCI, led to a decrease in current densities. These current densities were not affected by switch-off ICCP period, but the calcareous deposit nature changed. Larger-scale tests (1/100th model) gave similar results validating the use of laboratory polarization curves obtained on “laboratory” samples to determine boundary conditions for the computational tool CorOns, for NAB material.
L’optimisation des systèmes de protection contre la corrosion des structures offshores et la prédiction de l’état de dégradation de ces dernières, sont des enjeux majeurs du secteur maritime. Ces systèmes de protection sont à l'origine de champs électromagnétiques formant la signature électrique des navires. Cette signature représente pour les bâtiments de la marine un risque fort d’être détecté lors d’opérations. Ces dernières décennies, des travaux de recherche ont été mis en place afin de travailler sur la discrétion électrique de ces navires. Cette signature serait dépendante des conditions physiques du milieu mais également de l’état de surface des métaux immergés. Une évaluation de l’impact réel de ces paramètres est importante pour une prédiction réaliste de cette signature par simulation numérique. Le solveur CorOnS, basé sur la méthode d’intégrale de frontière, à l’origine de la collaboration interlaboratoires (DGA, G2Elab et LEPMI), a été développé dans ce cadre. Une recherche expérimentale amont est nécessaire, afin de mieux comprendre comment les interfaces sont susceptibles d’évoluer, suivant différents scénarios de corrosion rencontrés dans les conditions réelles. Ces recherches permettront d’alimenter également les bases de données du solveur notamment pour la mise en place de ces les conditions limites . C’est dans cette démarche que s’inscrit ce projet de thèse. L’utilisation de la spectroscopie d’impédance électrochimique et de la voltampérométrie, ont permis de caractériser les différentes interfaces présentes à l’échelle de la carène d’un navire : matériau d’hélice (acier inoxydable et NAB) et de carène (acier carbone peint et non-peint) en eau de mer synthétique. Les résultats obtenus ont confirmé la dépendance des densités de courant mesurées et donc indirectement la signature électrique des navires, avec l’environnement et l’état de surface des matériaux. L’augmentation de la température du milieu de 10°C entraine pour l’acier carbone non peint à l’abandon, une augmentation des densités de courant et une diminution de la capacité de double couche confirmant un écrantage plus important de la surface par le dépôt de produits de corrosion. De même pour une variation cette fois-ci des conditions d’aération (milieu désaéré et saturé en dioxygène), l’acier martensitique en tant que matériau d’hélice présente une augmentation d’une décade de ses densités de courant sous polarisation cathodique. À l’inverse, le vieillissement des interfaces, caractérisé par la formation de dépôt du type calco-magnésien sous PCCI, entrainerait une baisse des densités de courant. Ces densités de courant ne semblent pas impactées par des phases de coupures de la PCCI, seul le dépôt voit sa nature évoluer. Des tests à plus grandes échelle, (maquette 1/100ème), ont permis de valider l’utilisation des courbes de polarisations obtenues sur des échantillons « laboratoires » comme conditions limites avec des résultats similaires
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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