Procédé et dispositif de surveillance de la protection cathodique d'une structure métallique enterrée ou immergée

Abstract

 L'invention est relative à un procédé de surveillance de la protection cathodique d'une structure métallique (1) enterrée ou immergée dans lequel on connecte ladite structure à une électrode métallique (2) enterrée à sa proximité.
On attend que ladite électrode métallique soit polarisée, on déconnecte l'électrode métallique de la structure, on la relie à une entrée d'une chaîne de mesure (6) dont l'autre entrée est connectée à une électrode de référence et on mesure la tension électrique existant entre l'électrode métallique et l'électrode de référence.

Description

[0001] La présente invention concerne un procédé de surveillance de la protection cathodique d'une structure métallique enterrée ou immergée.

[0002] Il est connu de protéger cathodiquement de la corrosion des structures telles que des canalisations enterrées ou immergées en les reliant soit à une anode sacrificielle, soit au pôle négatif d'un générateur électrique. Il en résulte que ces structures voient à l'emplacement de leur défaut de revêtement un courant électrique entrant qui provoque deux effets.

[0003] Il se produit tout d'abord une polarisation du métal de la structure par rapport à son environnement direct, c'est-à-dire que la tension métal-environnement devient plus négative que la tension mesurée au même point en l'absence de protection.

[0004] Il se crée par ailleurs dans l'environnement de la structure des gradiants de potentiels électriques allant croissant en valeur absolue au fur et à mesure que l'on s'en éloigne. Ce phénomène peut d'ailleurs être physiquement mis en évidence en utilisant un voltmètre et deux électrodes de référence du type Cu/SO4Cu.

[0005] En conséquence, la tension électrique significative du seuil réel de protection cathodique est la tension mesurée entre la structure métallique et son environnement direct.

[0006] Cette mesure de tension doit être effectuée, pour être significative, au niveau d'un défaut de revêtement soit réel, uniforme ou par point, soit simulé à l'aide d'une électrode reproduisant l'effet de continuité électrique entre le métal de la structure et son environnement direct.

[0007] On peut donc soit mesurer en différents points la tension entre le métal de la structure et son environnement, soit effectuer la mesure entre un élément métallique rapporté et l'environnement de la structure.

[0008] Dans tous les cas, la prise de potentiel côté environnement s'effectue à partir d'une électrode de référence non polarisable (Cu/SO4Cu par exemple).

[0009] Dans le premier cas, deux approches sont encore possibles.

[0010] On peut tout d'abord mesurer les tensions entre le métal de la structure et la surface du sol, l'installation de protection cathodique étant en service.

[0011] On peut également mesurer ces tensions simultanément à l'interruption des postes de soutirage de courant de la protection cathodique. Malheureusement, cette tension est souvent très différente de la tension d'interface réelle métal-environnement. En effet, il apparaît généralement des courants de rupture et de fermeture durant les phases transitoires de coupure et de remise en service des postes de protection. Par ailleurs, il n'est pas possible dans ce cas d'éliminer les courants électriques vagabonds très souvent présents dans les complexes industriels et en milieu urbain. En outre, dans le cas de réseaux maillés, il est nécessaire d'interrompre simultanément les postes de soutirage de courant concernés sur l'ensemble du réseau. D'autre part, dans le cas d'un contrôle de longue durée, il se produit une détérioration progressive du potentiel de protection. Enfin, il n'est pas possible d'opérer sur des structures protégées cathodiquement par des anodes sacrificielles. Ce procédé ne peut donc pas être mis en oeuvre efficacement pour surveiller la corrosion de structures métalliques enterrées protégées cathodiquement.

[0012] Il est donc nécessaire actuellement, pour déterminer l'efficacité réelle d'une protection cathodique, de rechercher les positions réelles de défauts de revêtement, de dégager aux emplacements de ces défauts une couche de terrain sur une surface au moins équivalente à celle d'une électrode de référence de manière à s'approcher au maximum de la structure métallique, et enfin d'effectuer le contrôle des potentiels sur une certaine durée afin de pouvoir mettre en évidence des situations temporaires d'insuffisance de protection.

[0013] Une telle approche ne permet toutefois de conclure à l'efficacité de la protection qu'en fonction d'un niveau minimum de référence (par exemple - 850mV par rapport à une électrode Cu/SO4Cu) ce qui constitue en fait un critère de protection insuffisant.

[0014] En effet, le vrai seuil de protection cathodique est variable puisqu'il dépend avant tout de la tension de corrosion, ce qui signifie qu'à certains endroits la tension de protection peut n'être que de -650mV, alors qu'à d'autres elle doit atteindre des niveaux allant jusqu'à -1100mV, par exemple en milieu anaérobique.

[0015] La présente invention vise à pallier ces inconvénients.

[0016] A cet effet, l'invention a tout d'abord pour objet un procédé de surveillance de la protection cathodique d'une structure métallique enterrée ou immergée, caractérisé par le fait que l'on connecte ladite structure à une électrode métallique enterrée à sa proximité, que l'on attend que ladite électrode métallique soit polarisée, que l'on déconnecte l'électrode métallique de la structure, qu'on la relie à une entrée d'une chaîne de mesure dont l'autre entrée est connectée à une électrode de référence et qu'on mesure la tension électrique existant entre l'électrode métallique et l'électrode de référence.

[0017] Ce procédé permet seul d'accéder au vrai seuil de protection cathodique, fonction de la tension de corrosion, et que l'on considère généralement comme donné par la formule suivante :
(-V protégé) = (-V corrosion) + (-100mV)

[0018] Les opérations ci-dessus peuvent être effectuées cycliquement, auquel cas on reconnecte l'électrode métallique à la structure après avoir effectué la mesure précitée de tension électrique.

[0019] De préférence, l'électrode métallique n'est déconnectée de la structure pour être connectée à la chaîne de mesure que pendant une très faible durée, par exemple inférieure à 10 % de la durée du cycle, et de préférence de l'ordre de 1 % de cette durée.

[0020] Avantageusement, les mesures sont mémorisées par classification par rapport à des niveaux de référence, ce qui permet de diminuer dans une très large mesure la capacité de mémoire nécessaire.

[0021] L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précité, caractérisé par le fait qu'il comprend'une électrode métallique, un commutateur à deux voies, une chaîne de mesure de tension, une électrode de référence reliée à une entrée de ladite chaîne de mesure, et des moyens pour relier l'électrode métallique soit à la structure, soit à l'autre entrée de la chaîne de mesure, par l'intermédiaire dudit commutateur.

[0022] Ce dispositif peut comprendre des moyens de mémorisation pour mémoriser sur place les valeurs de mesure de tension effectuées, et peut également comprendre des moyens de communication pour le connecter à une unité centrale de traitement située à distance.

[0023] On décrira maintenant à titre d'exemple non limitatif des modes de réalisation de l'invention en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels :

- la figure 1 représente un dispositif selon l'invention,

- la figure 2 est un schéma de principe de la chaîne de traitement électronique,

- la figure 3 illustre le principe de mémorisation des données,

- la figure 4 représente un premier mode de mise en oeuvre de l'invention,

- la figure 5 en illustre un second mode de mise en oeuvre, et

- la figure 6 illustre un mode d'exploitation des résultats mémorisés,

[0024] La figure 1 représente une canalisation 1 à proximité de laquelle est enterrée une électrode métallique 2, par exemple à une distance de l'ordre de 1 mètre.

[0025] Un commutateur électronique 3 relie, lorsqu' il est en position 1, l'électrode métallique 2 à la canalisation 1 par l'intermédiaire de conducteurs électriques 4 et 5.

[0026] En position 2, le commutateur relie l'électrode métallique 2 à une entrée d'une chaîne de mesure de tension 6 par l'intermédiaire des conducteurs 4 et 7.

[0027] L'autre entrée de la chaîne de mesure 6 est reliée en permanence par un conducteur 8 à une électrode de référence 9 du type Cu/SO4Cu disposée sur le sol également à proximité de la canalisation 1.

[0028] Le principe de la mesure est le suivant.

[0029] Lorsque le commutateur 3 est en position 1, l'électrode métallique 2 est raccordée à la canalisation. L'ensemble est donc protégé cathodiquement de façon permanente et, dans ce cas, l'électrode métallique est soumise aux courants entrants, à savoir le courant de protection cathodique et éventuellement les courants vagabonds.

[0030] Durant des temps très courts, par exemple de l'ordre de 10 ms et de façon cyclique, par exemple 60 fois par minute, le commutateur 3 est basculé en position 2. L'électrode métallique est alors déconnectée de la canalisation 1 et des systèmes de protection. Cette électrode reste toutefois polarisée à sa valeur initiale et la tension électrique qui est lue par la chaîne pendant ces interruptions de très courte durée n'est autre que la tension interfacielle métal-environnement, c'est-à-dire la tension électrique de protection réelle de la structure au point connecté.

[0031] Il est bien entendu nécessaire d'attendre avant le début des mesures que l'électrode 2 soit polarisée. Pour une surveillance permanente, on peut utiliser une électrode en acier normal nécessitant plusieurs jours de mise en place avant d'atteindre des niveaux acceptables de polarisation. Dans ce cas, l'électrode de référence peut être en cuivre ou en zinc.

[0032] Des aciers spéciaux doivent par contre être prévus pour l'électrode 2 dans le cas d'un contrôle occasionnel où le temps de polarisation doit être de l'ordre de quelques minutes. On peut à cet effet utiliser une électrode réalisée en alliage acier inoxydable/acier normal dans une préparation de 50 % à 90 %, et de préférence de l'ordre de 80 % pour le premier, et de 10 à 50 %, et de préférence de 20 %, pour le second.

[0033] La figure 2 représente schématiquement la chaîne de mesure 6 constituée d'un échantillonneur-bloqueur 10, d'un micro-processeur 11, et d'une mémoire 12.

[0034] La mémoire 12 est de préférence agencée comme représenté à la figure 3.

[0035] Dans ce cas, cette mémoire est divisée en 25 canaux représentant chacun un intervalle de tension limité par deux tensions de référence.

[0036] A chaque mesure de tension, une unité est ajoutée dans le canal correspondant. Par exemple, une tension mesurée de - 743mV correspond à une impulsion dans le canal 12, et une tension de - 927mV à une impulsion dans le canal 16.

[0037] La figure 4 représente une installation dans laquelle les résultats sont exploitables sur le terrain de mesure même. Cette installation comprend un sous-ensemble de prise de données 13 tel que décrit en référence à la figure 1, et un sous-ensemble de lecture 14 permettant d'extraire les données enregistrées et classées dans le sous-ensemble 13. A titre d'exemple, la lecture effectuée sur le sous-ensemble 14 indique que l'on a relevé 1230 fois des tensions comprises entre - 700 et - 750 mV.

[0038] Dans le cas de la figure 5, le sous-ensemble de prise de données et de prétraitement 15 est enterré et raccordé par l'intermédiaire d'une ligne 16 à un terminal 17 d'exploitation à distance. La ligne 16 peut être de tout type connu, et peut être par exemple constituée par un câble coaxial, un câble d'alimentation électrique, un système d'émission hertzienne ou éventuellement la structure elle-même.

[0039] La figure 6 montre une représentation graphique des résultats contenus dans la mémoire. Dans cette représentation, chaque canal est identifié par son numéro et la dimension du cadre correspondant symbolise le nombre de mesures attribuées à chaque canal.

[0040] Diverses variantes et modifications peuvent bien entendu être apportées à la description qui précède sans sortir pour autant du cadre ni de l'esprit de l'invention.

Revendications

1 - Procédé de surveillance de la protection cathodique d'une structure métallique (1) enterrée ou immergée, caractérisé par le fait que l'on connecte ladite structure à une électrode métallique (2) enterrée à sa proximité, que l'on attend que ladite électrode métallique soit polarisée, que l'on déconnecte l'électrode métallique de la structure, qu'on la relie à une entrée d'une chaîne de mesure (6) dont l'autre entrée est connectée à une électrode de référence (9), qu'on mesure la tension électrique existant entre l'électrode métallique et l'électrode de référence, qu'après avoir effectué ladite mesure de la tension électrique, on reconnecte l'électrode métallique à la structure, et que l'on répète cycliquement les opérations consistant à déconnecter l'électrode métallique de la structure, à la relier à la chaîne de mesure, à mesurer la tension, et à reconnecter l'électrode métallique à la structure.

2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les mesures sont mémorisées par classification par rapport à des niveaux de référence.

3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'électrode métallique n'est déconnectée de la structure pour être connectée à la chaîne de mesure que pendant une durée inférieure à 10 % de la durée du cycle, et de préférence de l'ordre de 1 % de la durée du cycle.

4 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comprend une électrode métallique (2), un commutateur (3) à deux voies, une chaîne de mesure de tension (6), une électrode de référence (9) reliée à une entrée de ladite chaîne de mesure, des moyens (4, 5, 7) pour relier l'électrode métallique soit à la structure soit à l'autre entrée de la chaîne de mesure par l'intermédiaire dudit commutateur, et des moyens de mémorisation (12) pour mémoriser les valeurs de mesure de tension effectuées.

5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de communication (16) pour le connecter à une unité centrale de traitement (17).

6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que ladite électrode métallique est réalisée en alliage acier inoxydable/acier normal dans une préparation de 50 à 90 %, et de préférence de l'ordre de 80 %, pour le premier, et de 10 à 50 %, et de préférence de 20 %, pour le second.

Dessins