Qu’est-ce que la corrosion ?

Aujourd’hui, nous allons parler de la dégradation que subissent certains matériaux avec le temps, surtout lorsqu’ils sont soumis à un environnement assez agressif.

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Nous allons t’expliquer ce qui se passe pour les métaux, qui semblent pourtant être des matériaux solides et résistants, lorsqu’ils se dégradent sous l’action de certains éléments tels que l’oxygène par exemple. Mais avant de commencer, nous te proposons quelques expériences.

Les expériences

Tu auras besoin de quelques objets en métal (ou alliage) que tu pourras facilement trouver dans la maison ou dans la caisse à outils d’un adulte de ton entourage : du fil de cuivre, une éponge métallique, des clous, un trombone, du grillage en zinc.

Il te faudra aussi, du sel de cuisine, de l’eau et du vinaigre… Bref, comme tu le vois, rien d’insurmontable.

Expérience N°1 : avec du fer
Découpe 3 morceaux d’éponge à récurer métallique et place l’un d’eux dans un récipient contenant de l’eau du robinet, le second dans un récipient contenant du vinaigre et le 3e dans un récipient contenant de l’eau salée.

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éponge métallique plongée dans l’eau (en bas) – l’ eau salée (haut à gauche) – le vinaigre (haut à droite)

Rapidement, tu peux constater que dans le récipient contenant du vinaigre, de nombreuses bulles se forment et se dégagent de ton objet.

corrosion_2Si tu es patient, voici ce que tu devrais observer au bout de plusieurs jours.

Il ne semble pas y avoir de modification dans le récipient rempli d’eau.
Dans le récipient rempli de vinaigre, tu peux observer des points de rouille sur le métal et le liquide est coloré.
C’est dans le récipient avec de l’eau salée, que la transformation est la plus intense.

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Expérience N°2 : avec du fer, de l’acier, du zinc
Tu peux essayer de placer d’autres objets en fer, en zinc ou en alliage à base de fer (tel que l’acier*) dans différents milieux et observer ce qui se passe.
Par exemple, place un clou en fer, un clou en acier ou un objet en zinc dans du vinaigre ou de l’eau salée.  Tu observes :
– au bout de quelques minutes, un dégagement de petites bulles autour de ton objet,
– au bout d’un temps un peu plus long (quelques heures), des changements de couleur de ton objet.

* : On parle ici d’acier simple (ou acier au carbone).

Exemple 1 : des clous dans de l’eau salée
Tu observes rapidement des bulles, qui remontent à la surface et tu constates qu’après plusieurs jours, de la rouille apparaît autour des clous en fer.

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Exemple 2 : des objets (fil et trombone) en zinc dans du vinaigre
Encore plus rapidement que dans l’exemple 1, tu observes le dégagement de bulles et un changement de couleur de ton fil de zinc. Le trombone se couvre de bulles, et met un peu plus de temps à noircir.

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Expérience N°3 : avec du cuivre
Place quelques fils de cuivre dans du vinaigre.

Au bout de quelques heures, de quelques jours, tu n’as rien observé de spécial. Il semble que le cuivre garde toute son intégrité, même dans un environnement très acide.

corrosion_cu1Je te conseille de garder néanmoins cette expérience en observation pendant plusieurs semaines, jusqu’à ce que le liquide se soit évaporé. A ce moment là, tu observeras un dépôt verdâtre tout autour du cuivre.

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Les explications

Nous t’avions expliqué dans un précédent article, ce qu’était un atome : un noyau central et des électrons tout autour.
Lorsque des atomes s’unissent pour former une plus grande architecture ou des grains de matière, ils mettent en jeu des électrons (en général par une mise en commun). Ce sont les électrons qui relient les atomes les uns aux autres : les liaisons chimiques.
Dans un métal, ces liaisons permettent à plusieurs atomes de s’organiser de façon très ordonnée (on appelle cela un cristal) et l’électron (ou les électrons) issus de chaque atome  sont cédés à la communauté et peuvent circuler facilement entre les atomes voisins ce qui explique la grande conductivité électrique des métaux.

Lorsqu’un métal se trouve dans un environnement où sont présents des substances avides d’électrons : certains des électrons vont être cédés généreusement par certains atomes du métal pour satisfaire le besoin du demandeur (qu’on nomme un  » oxydant »).
Parmi les oxydants, on trouve l’oxygène et un petit ion, que tu connais bien, c’est H+, caractéristique de l’acidité d’un liquide (on l’a vu dans un précédent article).

Ainsi, dès qu’un métal se trouve dans un environnement riche en oxygène ou riche en H+ (donc dans un environnement acide comme le vinaigre), il cédera des électrons. Des atomes du métal se retrouvent donc en déficit d’électrons, se détachent de leurs petits copains : on retrouve des ions positifs en solution (le métal se dissout). La structure du métal perd progressivement son intégrité : c’est la corrosion.

Les ions H+ qui récupèrent des électrons redeviennent atomes : deux atomes d’hydrogène s’associent (au contact du métal) pour donner le dihydrogène : ce sont les petites bulles qui se dégagent.

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Principe de la corrosion du fer en milieu acide

L’éponge métallique de l’expérience N°1 est donc facilement attaquée en milieu acide (vinaigre) et moins facilement en milieu neutre (eau).
La présence de sel est également particulièrement préjudiciable : elle fournit des ions chlorures qui accentue localement l’acidité de la solution, donc la corrosion.

Le cas du cuivre
Le cuivre a moins de facilité à donner ses électrons : il se corrode moins facilement que le fer ou le zinc. Néanmoins, la corrosion se produit tout de même mais de façon bien plus lente. Retenons que les ions cuivre sont vert-bleu ce qui explique le dépôt constaté au fond du récipient (on parle aussi de vert de gris).
On dit que le cuivre est plus noble* que le fer et le zinc. Cette propriété, à céder plus ou moins facilement ses électrons (selon la nature du métal) est à la base du principe des piles. Cela fera l’objet d’un nouvel article très prochainement.

Les métaux nobles par excellence sont l’or et le platine : pas moyen qu’ils cèdent leurs électrons (et tant mieux !)

Auteur : Pascale Baugé – Le Monde et Nous
Illustrations Stefcomics

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