Quand une conduite sous-marine a-t-elle besoin d'une protection cathodique et comment celle-ci est-elle conçue ?

A conduite sous-marine a besoin de protection cathodique lorsque ses éléments métalliques — tuyauterie en acier, brides, joints, ancrages, pièces spéciales, diffuseurs, prises, structures auxiliaires ou armatures apparentes — peuvent subir une corrosion due au contact avec l’eau de mer, les sédiments, les sols agressifs, les courants vagabonds ou les discontinuités du revêtement anticorrosion. La protection cathodique est conçue en tenant compte du revêtement extérieur, de la durée de vie, de la résistivité du milieu, de la surface métallique exposée, du type d’installation, de l’enfouissement, de la température, des raccordements électriques et du plan d’inspection.

Dans les projets de émissaires sous-marins, prélèvements d'eau de mer o traversées de zones marines protégées, la protection cathodique doit être définie dès la phase d'ingénierie, en particulier si la conduite comporte de l'acier au carbone, des éléments métalliques enfouis, des zones de transition terre-mer ou des pièces exposées au milieu marin.

Quand la protection cathodique est-elle nécessaire ?

La protection cathodique est jugée nécessaire lorsqu'il existe un risque de corrosion électrochimique sur des éléments métalliques immergés ou enfouis en milieu marin.

Dans le cas des canalisations en matériaux non métalliques, tels que le PEHD ou le PRV, la protection cathodique ne s'applique pas à la conduite principale, mais elle peut s'avérer nécessaire sur les pièces métalliques, les brides, la visserie, les ancrages, les diffuseurs ou les structures associées.

Que protège réellement la protection cathodique ?

La protection cathodique ne remplace pas le revêtement extérieur. Son rôle est de protéger les zones métalliques exposées ou les défauts du revêtement, en réduisant la vitesse de corrosion grâce au contrôle du potentiel électrochimique du métal.

Dans une conduite sous-marine, le système de protection fonctionne généralement en association avec :

• Revêtement anticorrosion.
• Protection mécanique contre l'abrasion.
• Lestages ou revêtements en béton.
• Enfouissement ou protection par un brise-lames.
• Étanchéité des joints.
• Contrôle de la continuité électrique.
• Inspections sous-marines.
• Mesure des potentiels.
• Entretien des anodes ou du système de courant imposé.

La stratégie globale doit être coordonnée avec la protection des émissaires sous-marins contre l'érosion, la houle, les ancres et la pêche et avec la protection anticorrosion des canalisations dans des sols agressifs ou des environnements marins.

Types de protection cathodique

1. Protection cathodique par anodes sacrificielles

Il utilise des anodes constituées de matériaux plus actifs sur le plan électrochimique, tels que des alliages d'aluminium, de zinc ou de magnésium, qui se consument progressivement pour protéger l'acier.

C'est courant dans les conduites sous-marines car :

• Il ne nécessite pas d'alimentation électrique externe.
• Elle peut être résistante dans les milieux marins.
• Permet une protection distribuée.
• Il fonctionne bien dans les tronçons immergés ou enterrés.
• Son entretien dépend de l'usure des anodes et de leur durée de vie prévue.

Il doit être dimensionné de manière à ce que les anodes aient une masse suffisante et soient réparties de manière adéquate pendant toute la durée de vie prévue.

2. Protection cathodique par courant imposé

Il utilise une source d'alimentation externe et des anodes inertes ou à longue durée de vie pour fournir un courant de protection.

Elle peut être indiquée dans les cas suivants :

• Le trajet est long.
• La consommation de courant est élevée.
• Une régulation de potentiel est nécessaire.
• Il y a des interférences électriques.
• Un contrôle depuis le sol est nécessaire.
• L'accessibilité pour la maintenance est garantie.

Cela nécessite une alimentation électrique, des équipements de contrôle, des câbles, des anodes, des références, de la maintenance et un suivi opérationnel.

Comment concevoir une protection cathodique

La conception repose sur le calcul du courant nécessaire pour polariser la surface métallique exposée et la maintenir dans une plage de protection compatible avec le matériau, le revêtement et l'environnement.

1. Définir la zone métallique à protéger

On commence par identifier les éléments métalliques qui sont reliés électriquement et exposés :

• Conduite principale.
• Brides.
• Coudes.
• Diffuseurs.
• Tomas.
• Ancrages.
• Éléments en acier.
• Armures exposées.
• Joints métalliques.
• Pièces de transition.
• Structures auxiliaires.

En cas de joints isolants ou de discontinuités électriques, le système est divisé en zones.

2. Évaluer le milieu marin

On étudie les conditions qui influencent la corrosion et la consommation de courant :

• Salinité.
• Température.
• Oxygène dissous.
• Résistivité de l'eau et des sédiments.
• Profondeur.
• Type de fonds.
• Inhumation ou exposition.
• Vitesse du courant.
• Présence de sulfates ou de sulfures.
• Activité microbiologique.
• Courants errants.
• Proximité d'autres structures métalliques.

Le milieu n'est pas homogène : une canalisation partiellement enfouie, partiellement à ciel ouvert et comportant une zone de rupture peut nécessiter des critères différents selon les tronçons.

3. Déterminer la surface à protéger

Le calcul tient compte de la surface métallique exposée, réelle ou estimée. Dans le cas des conduites revêtues, on applique un facteur de défaut ou de dégradation du revêtement, car la protection cathodique doit couvrir les défauts, les pores, les dommages liés à l'installation ou le vieillissement.

Sont pris en compte :

• Surface métallique totale.
• Pourcentage de défauts initiaux du revêtement.
• Dégradation prévisible au fil du temps.
• Dommages liés à l'installation.
• Zones de soudage.
• Éléments non revêtus.
• Des pièces uniques davantage mises en valeur.

4. Calculer la demande de courant

Le courant requis dépend de la surface exposée et de la densité de courant nécessaire pour le milieu. On calcule les besoins initiaux, moyens et finaux, car l'état du revêtement et les conditions du milieu peuvent évoluer au cours de la durée de vie.

On vérifie :

• Courant initial nécessaire pour atteindre la polarisation.
• Courant moyen nécessaire pour maintenir la protection.
• Courant final tenant compte du vieillissement du revêtement.
• Marge de sécurité.
• Répartition du courant par tronçons.

5. Choisir des anodes ou un système à courant imposé

Dans les systèmes équipés d'anodes sacrificielles, on définit :

• Matériau de l'anode.
• Quantité nécessaire.
• Nombre d'anodes.
• Séparation.
• Localisation.
• Méthode de fixation.
• Continuité électrique.
• Consommation prévue.
• Durée de vie.
• Protection mécanique des anodes.

Dans les systèmes à courant imprimé, on définit :

• Source de courant.
• Capacité du redresseur.
• Type et emplacement des anodes.
• Câbles.
• Électrodes de référence.
• Contrôle du potentiel.
• Redondances.
• Accès pour l'entretien.
• Protection contre les interférences.

6. Vérifier les interférences et la continuité électrique

La protection cathodique ne fonctionne correctement que si le courant parvient aux zones à protéger. C'est pourquoi on vérifie :

• Continuité électrique.
• Joints d'étanchéité.
• Raccords entre les tronçons.
• Liens avec d'autres structures.
• Interférences avec les installations voisines.
• Compatibilité avec la protection cathodique existante.
• Risque de surprotection.
• Risque de corrosion des structures non protégées situées à proximité.

Critères de contrôle lors de l'installation

Lors de l'installation, il faut veiller à ne pas endommager le système anticorrosion ni à ne pas créer de discontinuités imprévues.

Les éléments suivants sont contrôlés :

• État du revêtement extérieur.
• Protection des soudures.
• Continuité électrique.
• Emplacement des anodes.
• Fixations.
• Câbles et raccordements.
• Isolation des joints, le cas échéant.
• Dommages causés par le levage, le remorquage ou l'appui.
• L'intégrité après le percée sous-marine d'un tunnelier.
• Compatibilité avec les brise-lames, les matelas flottants, les lestages ou l'enfouissement.

Lorsque la pose est réalisée à l'aide de technologies SANS tranchée, la conception doit tenir compte de la protection du revêtement lors des opérations de pose, de poussée, de remorquage ou de raccordement sous-marin.

Inspection, mise en service et maintenance

Une fois le système installé, on vérifie le bon fonctionnement de la protection en effectuant des mesures de potentiel, une inspection des anodes, un contrôle de continuité et un examen des zones critiques.

Le plan d'entretien peut inclure :

• Mesure périodique des potentiels.
• Inspection à l'aide d'un ROV ou de plongeurs.
• Contrôle des anodes.
• Contrôle de la consommation des anodes.
• Vérification des câbles et des connexions.
• Contrôle de protection sur les brides et les pièces spécifiques.
• Inspection après des intempéries.
• Inspection après des chocs, des mouillages ou des opérations de pêche.
• Mise à jour de la durée de vie restante.
• Remplacement des anodes si nécessaire.

Dans le cas des canalisations enterrées, l'inspection directe peut être limitée ; c'est pourquoi les mesures électriques, la conception initiale et le suivi des tronçons accessibles revêtent une importance particulière.

Risques liés à une conception insuffisante

Une conception inadéquate de la protection cathodique peut entraîner :

• Corrosion localisée.
• Piqûres.
• Perte d'épaisseur.
• Dommages au niveau des brides ou des raccords.
• Défaillances prématurées au niveau des diffuseurs ou des prises.
• Fuites.
• Perte de durée de vie.
• Dommages environnementaux.
• Réparations sous-marines complexes.
• Interférences avec les structures voisines.
• Surprotection des matériaux sensibles.
• Défauts non détectés en raison d'un manque de surveillance.

Dans le cas des conduites sous-marines, réparer la corrosion sous l'eau revient généralement beaucoup plus cher que de concevoir correctement le système de protection dès le départ.

Informations nécessaires à l'étude du projet

Pour déterminer si une conduite sous-marine nécessite une protection cathodique et comment la concevoir, il convient de fournir les informations suivantes : matériau de la conduite, diamètre, longueur, épaisseur, durée de vie, revêtement extérieur, pourcentage de défaut admissible, type d'installation (enfouie ou exposée), la bathymétrie, la géotechnique marine, la résistivité de l’eau et des sédiments, la salinité, la température, la profondeur, la présence d’oxygène, de sulfates ou de sulfures, les courants, la zone de déferlement, les pièces métalliques, les brides, les diffuseurs, prises d’eau, ancrages, continuité électrique, joints isolants, structures voisines, protection cathodique existante, risque de courants vagabonds, méthode d’installation, inspections prévues, accessibilité pour la maintenance et contraintes environnementales.

Appel à l'action : Demander un contrôle technique de la protection cathodique et de la durabilité des conduites sous-marines avant de finaliser les spécifications techniques, le revêtement, les anodes, les raccordements, la protection du fond ou la documentation relative à l'appel d'offres.