Les anodes en zinc du gouvernail se corrodent de manière préférentielle, assurant un flux continu d'électrons vers la base en acier du gouvernail. Ce processus inhibe l'oxydation du fer (Fe→Fe²⁺+2e⁻) et bloque fondamentalement la corrosion électrochimique, prolongeant ainsi la durée de vie du gouvernail de 5 à 10 ans.
Le gouvernail, élément essentiel au contrôle de la trajectoire du navire, est constamment immergé dans l'eau de mer. Les gouvernails en acier non protégés contre la corrosion subissent une corrosion par piqûres importante et un amincissement de leurs parois en seulement 1 à 2 ans dans les environnements marins à forte salinité. Dans les cas les plus graves, cela peut entraîner la fissuration de la pale du gouvernail et le blocage du mécanisme de direction, provoquant des accidents de navigation. Grâce à son potentiel d'électrode adapté, son courant de sortie stable, son coût maîtrisé et son respect de l'environnement, anode de zinc est devenu le matériau de prédilection pour la protection contre la corrosion des gouvernails.
Types d'anodes en zinc pour gouvernail
Les anodes en zinc pour gouvernails sont classées selon trois dimensions principales : composition chimique, structure et procédé de fabrication. Chaque catégorie a des applications spécifiques.
Anode zinc-aluminium-cadmium (type I / type II)
Teneur en aluminium : 0.1 % à 0.5 %, teneur en cadmium : 0.025 % à 0.07 %, impuretés : fer ≤ 0.0014 %, plomb ≤ 0.003 %, cuivre ≤ 0.002 %. Ce type d’anode présente un rendement de courant supérieur à 95 % (en eau de mer), un faible taux d’autocorrosion et est privilégié pour les gouvernails de la plupart des navires, notamment les navires marchands, les bateaux de pêche et les navires de génie civil.
Anode zinc-indium (basse température)
Teneur en indium : 0.025 % à 0.065 %. Ce matériau conserve une activité élevée dans l’eau de mer à basse température, de -20 °C à 0 °C. Il convient aux gouvernails des navires naviguant dans les régions polaires ou opérant dans les eaux de haute latitude, et répond aux exigences de sélection des anodes pour les eaux froides définies dans la norme DNV-RP-B401-2021 « Conception de la protection cathodique ».
Anode en zinc pur (type III)
Teneur en zinc ≥ 99.99 %, impuretés totales ≤ 0.1 %, potentiel d'électrode stable à -1.10 V (électrode de référence CSE), tension de commande 0.25 V. Convient aux navires d'eau douce intérieure ou aux navires côtiers en eau peu salée.
Anode en zinc bloc (pale de gouvernail)
Bracelet anode en zinc
Structure semi-circulaire ou circulaire. Le diamètre intérieur correspond précisément à celui de la mèche et de l'axe du gouvernail. Empêche la corrosion aux points de jonction entre la mèche et la coque.
Structure en bande longue (largeur 20-40 mm, épaisseur 5-10 mm), pliable pour s'adapter aux bords de la pale du gouvernail et aux espaces étroits où l'arbre du gouvernail se connecte à la pale du gouvernail.
Anodes en zinc extrudé
Fabriquée par extrusion à haute température, cette anode présente une structure interne dense et sans porosité, ainsi qu'une résistance mécanique élevée. Adaptée aux navires de haute mer et aux bateaux à grande vitesse, elle offre une uniformité de courant de sortie supérieure de 20 % à celle des anodes coulées.
Anodes en zinc coulé
Fabriquées par coulée en fusion, ces anodes permettent la création de formes complexes et coûtent environ 30 % moins cher que les anodes extrudées. Cependant, leur surface est plus rugueuse et elles sont sujettes aux micropores internes, ce qui les rend plus adaptées aux voies navigables intérieures et aux navires à faible vitesse.
Application des anodes de zinc pour les gouvernails de navires
La sélection et la quantité de anodes en zinc pour navires Les gouvernails doivent être adaptés en fonction de la zone d'exploitation, du tonnage et des conditions de travail du navire. Conformément aux exigences de «Anodes sacrificielles Pour la protection cathodique dans l’eau de mer et les sédiments salins » (T/CSCP 0001–2024), les anodes en zinc peuvent être utilisées pour la protection du gouvernail sur tous les types de navires.
Navires de haute mer
Les navires de haute mer comprennent les vraquiers, les porte-conteneurs et les pétroliers, dont le tonnage dépasse généralement 10 000 tonnes. Ils naviguent pendant de longues périodes dans des eaux océaniques à forte salinité et à forts courants. Les anodes en alliage zinc-aluminium-cadmium extrudé (type I) sont privilégiées pour les anodes de gouvernail. Des anodes en bloc sont utilisées pour la lame du gouvernail et des anodes en bracelet pour la mèche. La durée de vie des anodes doit correspondre au cycle de mise en cale sèche du navire (généralement 5 ans). Selon les exigences de la société de classification DNV, un porte-conteneurs de 100 000 tonnes nécessite 8 à 12 anodes en zinc en bloc sur la lame du gouvernail (pesant chacune de 15 à 20 kg) et 2 à 3 jeux d'anodes en bracelet sur la mèche.
Navires côtiers
Cette catégorie comprend les cargos côtiers, les ferries et les remorqueurs opérant dans les eaux côtières où la salinité est légèrement inférieure à celle du large, mais où les marées sont fréquentes. Le gouvernail est sensible à la corrosion en raison de l'alternance d'humidité et de sécheresse dans la zone de marée. Les anodes en alliage zinc-aluminium-cadmium coulé (type II) conviennent. Certains remorqueurs, du fait des contraintes plus importantes exercées sur les pales du gouvernail en service, peuvent nécessiter des anodes extrudées pour une meilleure résistance aux chocs. Ces navires sont généralement de faible tonnage (généralement moins de 5 000 tonnes) et la surface des pales du gouvernail est réduite ; 3 à 6 anodes suffisent donc à assurer la protection requise.
Navires polaires/de haute latitude
Les navires de recherche polaire et les cargos empruntant la route arctique, par exemple, fonctionnent dans des environnements à basses températures (-30 °C à 0 °C). Des anodes en alliage zinc-indium sont utilisées pour le gouvernail. Ces anodes maintiennent un potentiel en circuit ouvert stable (-1.08 V à -1.10 V) dans ces environnements, avec un rendement de courant d'au moins 90 %, répondant ainsi aux exigences de performance des anodes en environnements à basses températures spécifiées dans la norme Mil-A-18001k « Anodes sacrificielles en alliage de zinc ».
Voies navigables intérieures / Navires d'eau douce
Cette catégorie comprend les barges de navigation intérieure, les bateaux de plaisance et les dragues à sable. Ces navires naviguent dans des eaux à faible salinité (teneur en ions chlorure < 500 mg/L), soumises à une faible corrosion et à un faible courant. Le gouvernail peut être équipé d'anodes en zinc pur ou d'anodes économiques en zinc-aluminium-cadmium moulé. Un petit nombre d'anodes est nécessaire (2 à 4 par pale de gouvernail), et une durée de vie de 3 à 4 ans est suffisante, sans qu'une résistance élevée à l'érosion soit requise.
Navires d'ingénierie spécialisés
Les gouvernails de navires tels que les dragues, les navires-grues et les navires de soutien aux plateformes de forage sont non seulement exposés à la corrosion par l'eau de mer, mais peuvent également entrer en contact avec la boue, le sable et les fluides de forage, créant ainsi un environnement corrosif complexe. Les anodes de gouvernail doivent être fabriquées en alliage zinc-aluminium-cadmium de haute pureté (avec une teneur en impuretés strictement contrôlée selon les normes les plus exigeantes). De plus, la surface de l'anode peut être revêtue d'un traitement antisalissure afin d'empêcher la fixation d'organismes marins, qui pourrait entraîner une défaillance de l'anode. Ces anodes doivent être conformes à la norme BS EN 12496.
Normes internationales
Composant essentiel de la protection anticorrosion des navires, les anodes de zinc de gouvernail doivent être conformes aux normes des sociétés de classification internationales et aux normes industrielles internationales en matière de matériaux, de performances, d'installation et d'inspection. Les normes fondamentales sont les suivantes, avec des références tirées des documents normatifs relatifs aux « Anodes sacrificielles pour la protection cathodique en eau de mer et en sédiments salins » (T/CSCP 0001–2024) et des spécifications de base de l'industrie marine de la protection anticorrosion.
Normes fondamentales internationales
La norme ASTM B418 (American Society for Testing and Materials) : « Anodes sacrificielles en alliage de zinc » est la norme fondamentale pour la production mondiale d’anodes de zinc. Elle spécifie la composition chimique, les performances électrochimiques, les tolérances dimensionnelles et les exigences de qualité d’aspect des anodes de zinc marines. La plage de composition de l’alliage zinc-aluminium-cadmium et les indicateurs d’efficacité de courant sont des points de référence essentiels pour les anodes de gouvernail, qui doivent présenter une efficacité de courant ≥ 95 % dans l’eau de mer et un potentiel en circuit ouvert de -1.03 V à -1.10 V (CSE).
BS EN 12496 (Norme de l'Union européenne)
Le document « Anodes sacrificielles pour la protection cathodique en eau de mer et en sédiments salins » est destiné aux anodes sacrificielles des structures marines telles que les navires et les plateformes offshore. Il vise à garantir l’adaptabilité des anodes aux zones de marée, aux zones d’éclaboussures et aux zones totalement immergées, en précisant que le taux de corrosion des anodes de gouvernail (zone totalement immergée) doit être ≤ 0.02 mm/an et que leur durée de vie nominale doit être ≥ 5 ans.
DNV-RP-B401-2021
Ce guide fait autorité pour la conception des systèmes de protection cathodique des navires. Il détaille la densité d'installation, le calcul du courant nécessaire et l'espacement des anodes de gouvernail. Il exige que le courant total produit par ces anodes soit inférieur ou égal à la densité de courant de protection de la base en acier du gouvernail (≥ 10 mA/m² en eau de mer).
Mil-A-18001k (Norme militaire américaine)
Les anodes sacrificielles en alliage de zinc sont conçues pour les navires militaires et spéciaux. Le contrôle de la teneur en impuretés est plus strict que celui de la norme ASTM B418 (fer ≤ 0.001 %) et l'anode doit résister aux vibrations et aux chocs pour s'adapter aux conditions d'utilisation difficiles des gouvernails des navires militaires.
Conclusion
L'anode de zinc pour gouvernail, composant essentiel à la protection anticorrosion du gouvernail, voit sa sélection, son installation et sa fabrication soumises à des normes qui influent directement sur la durée de vie du gouvernail et la sécurité de la navigation. Ce guide, basé sur des normes internationales et nationales reconnues, définit clairement les trois principaux types d'anodes de zinc pour gouvernail (classés selon leur composition, leur forme et leur procédé de fabrication), présente des solutions adaptées aux différents types de navires, normalise les positions d'installation et les exigences obligatoires pour les lames et les mèches de gouvernail, et décrit en détail la technologie de fabrication complète, des matières premières aux produits finis. Il analyse également les avantages spécifiques des anodes de zinc pour gouvernail en tungstène-titane.
