Influence des caractéristiques initiales de la surface des aciers autopatinables sur leur comportement à long terme

Contexte et enjeux
La première cause de dégradation des structures métalliques est la corrosion, en particulier la corrosion atmosphérique. Parmi les solutions de type alliages métalliques résistants à la corrosion atmosphérique, l’acier autopatinable se distingue par sa grande proximité métallurgique avec l’acier de structure conventionnel. En effet, la principale différence concerne les éléments d’alliage dont le cuivre, le chrome, le phosphore ou le nickel représentant moins de 5% en masse de sa composition chimique. Néanmoins, cela lui confère une résistance améliorée à la corrosion atmosphérique tout en présentant un coût inférieur aux autres alliages de structure résistant à la corrosion atmosphérique et pour une mise en oeuvre similaire à celle de l’acier conventionnel.

Les aciers autopatinables sont de plus en plus utilisés dans les ouvrages d’art du fait de l’intérêt qu’ils présentent du point de vue du développement durable, tant par l’économie de ressources qu’ils permettent que par la limitation de nuisance aux usagers du fait de l’absence d’opération d’entretien de la protection anticorrosion. La protection contre la corrosion de ces structures doit être assurée sur le long terme, aussi il est primordial de pouvoir anticiper l’efficacité et la durabilité de sa patine qu’il forme en surface puis de suivre son évolution. Cette patine a pour effet de limiter la cinétique de corrosion et les propriétés de cette couche dépendent des conditions de surface initiales, en particulier la rugosité ou la présence de produits de corrosion déjà formés.

Enjeux et objectif de la thèse
Les enjeux scientifiques sont la prédiction à long terme de la cinétique de corrosion des aciers autopatinables en fonction des caractéristiques de rugosité de l’interface ainsi que l’évolution du mécanisme de corrosion sur un acier ayant déjà une patine formée dans des conditions environnementales différentes.
L’objet de la thèse est l’étude de l’influence de l’évolution des produits de corrosion et de la surface de l’acier sur le processus de corrosion, en particulier la cinétique de corrosion et la micro-structuration des produits de corrosion. Les connaissances acquises pendant cette thèse bénéficieront aux maitres d’ouvrages pour les aider dans le choix d’une solution de protection anticorrosion ainsi dans le suivi des ouvrages en acier autopatinable.

Déroulement envisagé
Dans un premier temps, une étude bibliographique sera réalisée sur les techniques de protection anticorrosion des structures du génie civil et plus spécifiquement l’utilisation des aciers autopatinables dans les ouvrages d’art. La corrosion des aciers autopatinables sera ensuite abordée avec une attention particulière portée sur l’interaction entre corrosion et caractéristiques des surfaces. On cherchera plus particulièrement à mettre en évidence la forme des produits de corrosion suivant l’état de surface initial.
Par la suite, des essais de corrosion en atmosphères naturelles et en conditions accélérées en laboratoire seront menés sur des coupons d’acier. Différents états de surface seront produits et les échantillons seront caractérisés à différentes échelles (depuis la perte d’épaisseur d’acier jusqu’à la caractérisation cristallographique des produits de corrosion). L’approche expérimentale de la thèse reprendra le principe de l’analyse multi échelle élaborée durant la thèse de Jean-Michel Morel [1].
L’analyse des résultats expérimentaux constituera une dernière étape avec comme objectifs d’établir les caractéristiques de l’état de surface optimal d’un acier ainsi que d’affiner la connaissance du mécanisme de renforcement de la protection anticorrosion des aciers autopatinables.
Ce sujet de thèse sera réalisé dans le laboratoire SMC (Structures Métalliques et à Câbles) du département MAST (Matériaux et Structures) à l’université Gustave Eiffel, qui possède les compétences et les moyens expérimentaux nécessaires. La thèse sera réalisée en collaboration avec le laboratoire LASIE de l’Université de La Rochelle.

L’Université Gustave Eiffel (UGE) est une université française expérimentale implantée dans six villes (Lille, Marne-La-Vallée, Versailles, Nantes, Lyon, Marseille) et spécialisée dans l’étude des villes et des processus d’urbanisation. Parmi ses composantes recherches, on retrouve cinq composantes issues de l’IFSTTAR (Institut Français des Sciences et Technologies pour le Transport, l’Aménagement et les Réseaux :
o Département Matériaux et Structures (MAST)
o Département Géotechnique, environnement, risques naturels et sciences de la terre (GERS)
o Département Composants et Systèmes (COYS)
o Département Transport, santé, sécurité (TS2)
o Département Aménagement, mobilités et environnement (AME)

Le laboratoire SMC, intégré au département MAST de l’UGE et dirigé par Sylvain CHATAIGNER, est spécialisé sur l’utilisation des matériaux métalliques dans les structures de génie civil. Il développe en outre des activités sur le sujet de l’utilisation des matériaux composites et du collage structural. Ses compétences sont mises en oeuvre pour différents types de structures (ponts, installations nucléaires, barrages et EMR) et selon plusieurs modalités : R et D, essais, certification (armatures), et expertises. L’équipe du laboratoire compte 22 membres, dont 1 directeur et 1 directeur adjoint, 13 permanents (ingénieurs chercheurs, techniciens) et 7 non-permanents (doctorants, CDD et stagiaires

⁠⁠⁠⁠⁠⁠Le candidat devra posséder un profil matériaux, idéalement complété par une spécialisation en corrosion. Il devra posséder de bonnes qualités relationnelles et être capable d’initiatives dans son travail de thèse. Il devra être motivé pour mener un travail impliquant une importante proportion de travaux expérimentaux. Le candidat devra être titulaire d'un Master ou d'un diplôme équivalent.