Anode MGPS pour navires de croisière

Les organismes marins tels que les algues, les coquillages et les balanes, très répandus en milieu marin, se fixent et se développent facilement à l'intérieur des canalisations d'eau de mer, des condenseurs et des refroidisseurs des navires de croisière, provoquant ainsi une bio-encrassement. Les risques liés à ce phénomène sont doubles : d'une part, la fixation de ces organismes réduit la section des canalisations et augmente la résistance à l'écoulement de l'eau, ce qui diminue l'efficacité d'échange thermique du système de refroidissement de plus de 30 % et peut entraîner des problèmes tels que la surchauffe du moteur et des dysfonctionnements de la climatisation ; d'autre part, les substances acides produites par le métabolisme de ces organismes accélèrent la corrosion des canalisations, réduisent leur durée de vie et augmentent le risque de fuites.

Le Système de prévention de la croissance marine La technologie MGPS (Global Microscal Produce Systems) est essentielle pour résoudre le problème de la bio-encrassement marine. Elle utilise l'électrolyse anodique pour générer des ions spécifiques, assurant ainsi une double protection contre le bio-encrassement et la corrosion.

Anodes MGPS

Le type d'anode MGPS doit être sélectionné avec précision en fonction de facteurs tels que la zone de navigation du grand navire de croisière, le matériau des canalisations et le débit du système d'eau de mer. Ses fonctions principales consistent à « inhiber la prolifération des organismes marins » et à « protéger les canalisations de la corrosion ».

Anodes en cuivre (anode anti-encrassement du noyau)

anodes en cuivre Les anodes constituent l'élément central du système MGPS destiné à inhiber la prolifération des organismes marins. Elles sont principalement composées de cuivre électrolytique de haute pureté (≥ 99.95 %). Certains produits haut de gamme peuvent contenir de faibles quantités d'alliages de zinc et d'étain afin d'améliorer l'homogénéité de la dissolution des anodes. Les anodes en cuivre sont disponibles en différentes spécifications, avec des diamètres principalement de 70 mm, 82.5 mm, 100 mm et 120 mm, et des longueurs allant de 250 mm à 600 mm. Pour certains systèmes de tuyauterie spécifiques, des produits non standard, avec des diamètres de 3.5 pouces à 5 pouces et des longueurs de 12 pouces à 36 pouces, peuvent être fabriqués sur mesure.

Le principal avantage des anodes en cuivre réside dans leur effet antisalissure stable. La concentration d'ions cuivre générés par électrolyse doit être maintenue à seulement 2 ppb (parties par milliard) pour inhiber efficacement la fixation et la croissance des larves d'organismes marins tels que les algues, les balanes et les moules. Elles sont particulièrement adaptées aux eaux tropicales et subtropicales à forte activité biologique, ce qui en fait l'anode antisalissure de choix pour les grands navires de croisière effectuant des traversées transocéaniques.

Anode en aluminium (anode anti-encrassement du noyau)

Le anode en aluminium Fabriquée à partir d'aluminium de haute pureté et d'éléments d'alliage tels que le zinc, l'indium et le magnésium (par exemple, un alliage Al-Zn-In), cette anode a pour fonction principale de protéger contre la corrosion les canalisations d'eau de mer en acier des navires de croisière, tout en renforçant ses propriétés anti-encrassement. Ses caractéristiques sont généralement compatibles avec celles des anodes en cuivre et peuvent être adaptées au diamètre de la canalisation et aux besoins en courant. Les diamètres courants varient de 70 à 120 mm et les longueurs de 250 à 500 mm.

La fonction principale des anodes en aluminium est de générer des flocons d'hydroxyde d'aluminium par électrolyse. D'une part, ce matériau floculant adsorbe et tue les larves marines, améliorant ainsi l'efficacité anti-salissure des anodes en cuivre. D'autre part, l'hydroxyde d'aluminium s'accumule sur les parois internes des tuyaux en acier, formant un film protecteur dense et stable qui isole l'eau de mer du contact direct avec la surface métallique, inhibant ainsi la corrosion électrochimique.

Comparées aux anodes en zinc, les anodes en aluminium présentent une capacité théorique plus élevée (environ 2 800 Ah/kg), sont plus légères et mieux adaptées aux exigences de légèreté des grands navires de croisière. De plus, elles offrent une protection anticorrosion plus stable dans les environnements marins à forte salinité et à fort courant. Elles conviennent aux zones maritimes tempérées à faible activité biologique, ainsi qu'aux systèmes de tuyauterie en acier pour le refroidissement et la protection incendie des navires de croisière.

Anodes en fer (anodes spéciales anticorrosion)

anodes en ferLes anodes ferreuses, également appelées anodes métalliques, sont principalement fabriquées en fer doux et servent surtout à protéger les canalisations en matériaux spéciaux des grands navires de croisière, notamment celles en alliage cuivre-nickel (couramment présentes dans les systèmes de refroidissement à haute température et les circuits d'eau chaude sanitaire). Leurs dimensions sont relativement compactes, généralement de 50 à 80 mm de diamètre et de 200 à 300 mm de longueur, ce qui permet une installation directe dans les petits filtres ou les coudes de tuyauterie.

La fonction principale de l'anode en fer est de générer des ions ferreux par électrolyse, formant ainsi un film d'oxyde protecteur et stable sur la paroi interne du tube en alliage cuivre-nickel. Cette passivation de la surface du tube empêche la corrosion par piqûres et la corrosion caverneuse de l'alliage cuivre-nickel par l'eau de mer. Contrairement aux anodes en aluminium, les anodes en fer ne possèdent pas de fonctions anti-encrassement auxiliaires et sont exclusivement destinées à la protection contre la corrosion des pipelines spécifiques.

Principe de fonctionnement des anodes MGPS

Le principe de fonctionnement des anodes MGPS sur les grands navires de croisière repose sur l'électrolyse. Il est constitué par la production d'un courant continu stable et de faible intensité depuis l'armoire de commande MGPS, provoquant une réaction d'oxydation de l'anode dans l'eau de mer. Les ions libérés forment une boucle de courant avec la cathode du système, assurant ainsi une double protection contre l'encrassement biologique et la corrosion des canalisations. La réaction d'électrolyse des anodes MGPS se compose principalement de réactions d'oxydation anodique et de réduction cathodique. Différents matériaux d'anode produisent différents produits de réaction d'oxydation, ce qui influe sur les performances de protection.

Réaction d'électrolyse des anodes de cuivre

Réaction d'oxydation anodique : sous l'action d'un courant continu, l'anode en cuivre subit une oxydation et une dissolution, libérant des ions cuivre. La formule de la réaction est : Cu → Cu²⁺ + 2e⁻.

Réaction de réduction cathodique : La cathode en fer du système (ou les tuyaux métalliques du navire de croisière eux-mêmes) subit une réaction de réduction. Les molécules d’eau de mer gagnent des électrons, générant du dihydrogène et des ions hydroxyde. La formule de la réaction est : 3H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻.

Mécanisme antisalissure : Les ions cuivre (Cu²⁺) se combinent aux ions hydroxyde (OH⁻) générés par la réaction cathodique pour former un colloïde d’oxyde cuivreux (Cu₂O). L’oxyde cuivreux est très toxique et peut détruire la structure cellulaire des larves marines, inhibant ainsi leur fixation et leur croissance. Simultanément, les ions cuivre circulent avec l’eau de mer dans les canalisations, recouvrent la paroi interne et forment une « membrane ionique toxique », empêchant la prolifération des organismes marins à l’intérieur des canalisations sur le long terme.

Réactions d'électrolyse à l'anode en aluminium

Réaction d'oxydation anodique : sous courant continu, l'anode en aluminium subit une oxydation et une dissolution, libérant des ions aluminium. La réaction est : Al → Al³⁺ + 3e⁻.

Réaction de réduction cathodique : Conformément à la réaction cathodique à l’anode de cuivre, du dihydrogène et des ions hydroxyde sont générés. La réaction est : 3H₂O + 3e⁻ → 3/2H₂↑ + 3OH⁻.

Mécanisme anticorrosion : Les ions aluminium (Al³⁺) se combinent aux ions hydroxyde (OH⁻) pour former un précipité floconneux d’hydroxyde d’aluminium (Al(OH)₃). Sous l’effet du courant marin, ce précipité s’adsorbe progressivement sur la paroi interne du tuyau en acier, formant un film protecteur dense qui isole la surface métallique de la corrosion électrochimique. Simultanément, les flocons d’hydroxyde d’aluminium peuvent également adsorber les larves marines, renforçant ainsi l’effet antisalissure.

Prenons l'exemple d'une anode composite cuivre-aluminium : la couche externe de cuivre et la couche interne d'aluminium subissent des réactions électrolytiques simultanées. Les ions cuivre assurent la protection contre l'encrassement, tandis que les ions aluminium préviennent la corrosion. Le courant de réaction est régulé uniformément par l'armoire de commande afin de maintenir la concentration en ions cuivre au niveau optimal de 2 ppb, garantissant ainsi une protection efficace contre l'encrassement. Le film protecteur d'hydroxyde d'aluminium adhère durablement à la paroi interne du tuyau. L'anode bifonctionnelle spiralée, dotée d'une cathode en fer intégrée, assure également une protection cathodique locale aux tuyaux environnants par une réaction de réduction cathodique, réduisant ainsi davantage la vitesse de corrosion.

Applications des anodes MGPS

Les systèmes d'eau de mer des grands navires de croisière sont complexes et comportent de nombreuses canalisations et équipements. L'emplacement d'installation des anodes MGPS doit respecter les principes de « protection à la source, couverture complète et facilité d'entretien » afin de garantir une protection ionique uniforme depuis l'entrée d'eau de mer jusqu'à l'extrémité de la canalisation.

(I) Grilles d'admission d'eau de mer et boîtes de vannes sous-marines

Les grilles d'admission d'eau de mer et les boîtes de vannes sous-marines constituent les points d'entrée du système d'eau de mer du navire de croisière. Les larves marines présentes dans l'eau de mer pénètrent initialement dans la canalisation par ces points, ce qui en fait le principal emplacement pour l'installation des anodes. Généralement, 2 à 4 boîtes de vannes sous-marines sont installées de chaque côté du navire. Chaque boîte de vannes contient 2 à 3 jeux d'anodes en cuivre ou en composite cuivre-aluminium. Certaines grandes boîtes de vannes sont équipées d'un jeu d'anodes en fer (pour la protection contre la corrosion du corps de la boîte en alliage cuivre-nickel).

L'anode doit être maintenue à une distance de 10 à 15 cm de la paroi interne du boîtier de vannes afin d'éviter l'accumulation des produits de dissolution au fond de celui-ci. Elle doit être fixée par soudure ou boulonnage de manière à garantir une résistance de contact électrique ≤ 0.01 Ω et ainsi éviter toute incidence sur l'efficacité de l'électrolyse due à un mauvais contact. L'anode doit être positionnée de manière à ne pas obstruer le flux d'eau de la grille d'admission d'eau de mer. Son rôle principal est d'inhiber l'activité des organismes marins avant leur entrée dans la canalisation grâce à une forte concentration d'ions cuivre, réduisant ainsi le risque de bio-encrassement à la source.

(II) Filtres à eau de mer multiples

Des filtres à eau de mer (comprenant des filtres grossiers et fins) sont installés entre le boîtier de vannes sous-marin et la conduite principale afin de filtrer les impuretés présentes dans l'eau de mer. Ces filtres constituent également des points d'ancrage intermédiaires importants pour l'installation des anodes. Chaque filtre contient généralement un ou deux jeux d'anodes bifonctionnelles spiralées ou d'anodes composites à brides, dont les spécifications sont choisies en fonction du diamètre du filtre (anodes de 50 à 80 mm de diamètre pour les petits filtres, anodes de 100 à 120 mm de diamètre pour les grands filtres).

L'anode est installée à l'aide d'une bride ou d'un manchon, fixée directement au couvercle du filtre pour faciliter son démontage et son remplacement en navigation. Elle doit être alignée avec la sortie d'eau du filtre afin d'assurer une circulation rapide des ions dans la conduite principale. Pour les filtres en PVC, une anode composite avec cathode en fer intégrée est nécessaire pour former un circuit d'électrolyse complet. Le rôle principal de l'anode est d'accroître la concentration en ions dans l'eau de mer, d'éliminer les larves marines restantes dans le filtre et de protéger la paroi interne du filtre et les conduites en aval contre la corrosion.

(III) Conduites de refroidissement principales

Le système de refroidissement du moteur, le système de climatisation, le condenseur, l'échangeur de chaleur et autres équipements essentiels des navires de croisière constituent des zones à haut risque de bio-encrassement et de corrosion. Sur les conduites d'entrée de ces dispositifs, on installe généralement 2 à 4 jeux d'anodes composites cuivre-aluminium ; certaines conduites de refroidissement haute température (en cuivre-nickel) sont également équipées d'anodes en fer supplémentaires.

L'anode doit être installée sur une section de tuyauterie droite, 1 à 2 mètres avant l'entrée de l'équipement, afin d'assurer une diffusion homogène des ions dans le flux d'eau avant leur pénétration dans l'équipement. Une distance de sécurité doit être maintenue entre l'anode et l'équipement, en évitant tout contact avec les capteurs et interfaces de ce dernier. Pour les équipements de grande taille, tels que les condenseurs et les échangeurs de chaleur, de petites anodes peuvent être installées sur la plaque tubulaire à l'intérieur de l'équipement pour une protection interne directe. Le rôle principal de l'anode est ici de garantir la fluidité de la tuyauterie et l'efficacité des échanges thermiques de l'équipement, en prévenant la surchauffe et les arrêts dus à l'encrassement biologique.