APPLICATION À LA PRÉPARATION DU ZINC PAR ÉLECTROLYSE
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Les réactions électrochimiques
D’un point de vue chimique, il est facile de comprendre pourquoi le phénomène
a lieu et menace la statue de l’intérieur. L’association fer-cuivre constitue une
pile de corrosion (pile en court-circuit) dont l’anode est constituée par l’armature en fer et la cathode est constituée par le cuivre. À la surface de l’armature
en fer, on assiste à la réaction :
Fe (s)
=
Fe
2+
+ 2 e
−
tandis qu’à la surface cuivrée (cathode), on assiste à une réduction (par exemple
du dioxygène) selon l’équation :
O 2 (g) + 4 H
+
+ 4 e
−
=
2 H 2 O.
Notons que la nature exacte de la réaction de réduction importe peu, il peut
aussi s’agir d’une réduction d’oxydes d’azote, d’oxydes de soufre, etc. Le point
crucial à retenir est que cette réaction provoque une dégradation profonde de
l’armature en fer. Ce phénomène était bien connu de EIFFEL qui élabora la
structure, et des feuilles d’amiante ont été glissées entre les lames de cuivre afin
de limiter la conduction électrique. Cette solution s’est révélée insuffisante au
bout d’une centaine d’année !
La solution apportée dans les années 1980 a consisté en un remplacement total de la structure en fer (alors dangereusement corrodée) par de l’acier inoxydable, plus résistant à la corrosion. Cette solution n’est pas allée sans difficulté
car l’acier présente ses propres inconvénients, en particulier il devient friable
lorsqu’il est manipulé pour obtenir des formes précises. Il a donc fallu opérer
à forte température pour rendre à l’acier sa flexibilité, ce qui a eu pour inconvénient d’annuler sa résistance à la corrosion ! La résistance à la corrosion a pu
être rendue par action d’acide nitrique sur la surface de l’acier (formation d’une
couche superficielle d’oxyde protecteur, on parle de passivation du métal).
Une solution complémentaire a été de recouvir de téflon (polymère organique
fluoré de formule − (CF 2 − CF 2 ) n − l’armature en acier. Quelle gageure pour
les chimistes !
Le nettoyage et la restauration de la patine
Un deuxième problème a été rencontré lors de l’extraction des goudrons et des
peintures qui avaient été ajoutées au fil du temps pour tenter de stopper la corrosion de l’armature.
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Les réactions électrochimiques
D’un point de vue chimique, il est facile de comprendre pourquoi le phénomène
a lieu et menace la statue de l’intérieur. L’association fer-cuivre constitue une
pile de corrosion (pile en court-circuit) dont l’anode est constituée par l’armature en fer et la cathode est constituée par le cuivre. À la surface de l’armature
en fer, on assiste à la réaction :
Fe (s)
=
Fe
2+
+ 2 e
−
tandis qu’à la surface cuivrée (cathode), on assiste à une réduction (par exemple
du dioxygène) selon l’équation :
O 2 (g) + 4 H
+
+ 4 e
−
=
2 H 2 O.
Notons que la nature exacte de la réaction de réduction importe peu, il peut
aussi s’agir d’une réduction d’oxydes d’azote, d’oxydes de soufre, etc. Le point
crucial à retenir est que cette réaction provoque une dégradation profonde de
l’armature en fer. Ce phénomène était bien connu de EIFFEL qui élabora la
structure, et des feuilles d’amiante ont été glissées entre les lames de cuivre afin
de limiter la conduction électrique. Cette solution s’est révélée insuffisante au
bout d’une centaine d’année !
La solution apportée dans les années 1980 a consisté en un remplacement total de la structure en fer (alors dangereusement corrodée) par de l’acier inoxydable, plus résistant à la corrosion. Cette solution n’est pas allée sans difficulté
car l’acier présente ses propres inconvénients, en particulier il devient friable
lorsqu’il est manipulé pour obtenir des formes précises. Il a donc fallu opérer
à forte température pour rendre à l’acier sa flexibilité, ce qui a eu pour inconvénient d’annuler sa résistance à la corrosion ! La résistance à la corrosion a pu
être rendue par action d’acide nitrique sur la surface de l’acier (formation d’une
couche superficielle d’oxyde protecteur, on parle de passivation du métal).
Une solution complémentaire a été de recouvir de téflon (polymère organique
fluoré de formule − (CF 2 − CF 2 ) n − l’armature en acier. Quelle gageure pour
les chimistes !
Le nettoyage et la restauration de la patine
Un deuxième problème a été rencontré lors de l’extraction des goudrons et des
peintures qui avaient été ajoutées au fil du temps pour tenter de stopper la corrosion de l’armature.