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European Synchrotron Radiation Facility

Le nanomonde de la corrosion

Le coût de la corrosion représente plus de 3% du Produit National Brut mondial. D’un point de vue plus positif, l’attaque chimique des alliages métalliques crée des nanostructures de surface, qui peuvent trouver des applications intéressantes pour la catalyse ou la détection. C’est pourquoi une meilleure compréhension du processus de corrosion est nécessaire, soit pour la limiter, soit au contraire pour en tirer parti. Des scientifiques d’Allemagne et de l’ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) ont vu pour la première fois les étapes initiales de la corrosion, à l’échelle atomique, grâce aux rayons X de l’ESRF. Ils ont ainsi découvert la composition chimique et la structure d’une couche de surface protectrice qui freine la corrosion. Ils publient leurs résultats dans Nature cette semaine.

Des chercheurs de l’Institut Max-Planck, del’Université d’Ulm et de l’ESRF ont utilisé la source de lumière européenne pour reproduire le début du processus de corrosion in situ dans un alliage or-cuivre. L’or est un métal très noble, qui ne se corrode pas, alors que le cuivre est moins noble et donc plus sujet aux attaques chimiques. Au tout début de la corrosion, l’alliage or-cuivre développe un mécanisme de protection en créant une couche de surface très riche en or. Cette couche a une structure cristalline bien ordonnée. Quand le processus de corrosion se poursuit, la couche de surface se transforme en nano-îlots d’or de 20 par 1,5 nanomètres. Ces îlots finissent par former une couche d’or poreuse, qui pourrait avoir des applications technologiques: « Comprendre et contrôler le mécanisme de formation de la couche de surface et des nano-îlots pourrait aider à la production de nanomatériaux», explique Jorg Zegenhagen, l’un des auteurs de l’article.

Pour réaliser ces expériences, les chercheurs ont placé les échantillons dans une cellule électrochimique remplie d’acide sulfurique dans laquelle on fait passer un courant électrique, et ils ont surveillé le démarrage du processus de corrosion. «Nous avons obtenu de nombreuses données concernant l’évolution de la structure et de la composition chimique en combinant l’analyse 3D détaillée de la structure et des expériences de diffusion anomale avant qu’une érosion plus forte ne se développe», précise Frank Renner, premier auteur de l’article.

Ces nouvelles avancées peuvent être appliquées à de nombreux alliages utilisés dans des environnements corrosifs mais aussi à des matériaux capables d’exploiter la dégradation chimique pour former des métaux poreux présentant un intérêt technologique. Bien que la compréhension du processus de corrosion dans l’alliage or-cuivre soit très récente, le procédé lui-même est vieux de plusieurs centaines d’années. Chez les Incas, les forgerons augmentaient déjà leurs réserves d’or préciaux en le mélangeant avec du cuivre, et enveloppaient ensuite l’alliage avec des substances salées. Ceci créait un environnement acide qui dissolvait le cuivre de la couche supérieure, laissant ainsi apparaître une couche de surface riche en or et prête pour le polissage.

F. U. Renner, A. Stierle, H. Dosch, D. M. Kolb, T.-L. Lee, J. Zegenhagen, Initial corrosion observed on the atomic scale, Nature 439, 707-710 (09 Feb 2006).