Damien Féron : « La corrosion est un phénomène naturel que l’on ne peut pas supprimer, mais dont on peut maîtriser la cinétique »

Pouvez-vous nous parler de votre parcours professionnel ?

J’ai travaillé pendant une quarantaine d’années au CEA (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives). J’ai commencé comme doctorant et terminé directeur de recherche. J’ai démarré au centre CEA de Cadarache, sur les réacteurs rapides refroidis au sodium. À l’époque, il s’agissait de la mise en service de Phénix et de la construction de Superphénix.

J’ai ensuite travaillé à La Hague, où le CEA disposait d’un laboratoire de corrosion, appelé Laboratoire d’essais technologiques de corrosion. Nous intervenions principalement sur les réacteurs à eau pressurisée, avec des travaux portant sur les circuits primaires, les générateurs de vapeur, les circuits secondaires et les condenseurs.

J’ai ensuite travaillé à Fontenay-aux-Roses, où a été implanté le Service de corrosion. Le Laboratoire d’études physico-chimiques des phénomènes de corrosion dont j’avais la responsabilité, était dédié aux aspects fondamentaux de la corrosion. Puis en 1999, l’ensemble du service corrosion a déménagé à Saclay. C’est là que je suis devenu directeur de recherche, et que mes activités m’ont amené à avoir une vue globale sur la corrosion dans l’industrie nucléaire.

Aujourd’hui retraité, je suis toujours en lien avec le CEA, comme conseiller scientifique. Je suis également professeur à l’INSTN, l’Institut national des sciences et techniques nucléaires, à l’Université Paris-Saclay.

Par ailleurs, j’ai eu plusieurs engagements au niveau international. J’ai d’abord présidé une commission sur la corrosion nucléaire, puis le comité scientifique et technique de l’EFC, la Fédération européenne de la corrosion, avant d’en devenir président. Plus récemment, j’ai présidé la WCO, la World Corrosion Organization^[1].

Qu’est-ce qui vous a conduit à vous pencher sur les phénomènes de corrosion ? À quoi sont-ils dus ?

Mon intérêt pour les matériaux, mais aussi pour la chimie et l’industrie, m’a orienté dans mes études. J’ai fait l’école du génie chimique à Toulouse, qui dépendait de l’Institut polytechnique de Toulouse (INP). J’ai ensuite réalisé ma thèse au CEA. À l’époque, nous avions le choix entre quatre ou cinq sujets de thèse. J’ai choisi le nucléaire, car cela me paraissait être une énergie d’avenir, même si le sujet était déjà controversé.

Sur le fond, la corrosion est un mécanisme naturel. Les matériaux métalliques industriels ne sont pas stables thermodynamiquement mais évoluent vers leur état stable, un état oxydé. On peut limiter ce phénomène et réduire la vitesse de corrosion, mais on ne peut pas la supprimer. C’est une question de cinétique : on peut agir sur la vitesse, pas éviter la thermodynamique.

Quelles sont les conséquences – en termes de coût, de risque environnemental… – de la corrosion pour l’industrie ?

Ces dernières années, lorsque des réacteurs français ont été arrêtés, tout le monde s’est intéressé à la corrosion sous contrainte dans les réacteurs. On voit que les conséquences de ces arrêts peuvent être importantes, voire dramatiques, pour un pays.

Sur le plan environnemental, moins de corrosion implique moins de de matériaux métalliques à utiliser, donc moins de matières premières consommées. Moins de corrosion signifie aussi moins de fuites et moins de dégradations imprévues, ce qui contribue à diminuer les risques pour l’environnement.

La corrosion peut aussi conduire à des effondrements d’infrastructures. Des ponts – métalliques ou en béton armé – se sont effondrés en raison de phénomènes de corrosion, parce qu’ils n’étaient pas entretenus correctement. Dans le béton armé, des tirants métalliques sont présents au cœur de la structure : s’ils se corrodent, les propriétés mécaniques se dégradent, et l’ensemble peut s’effondrer. Plusieurs cas ont été observés, parfois avec des conséquences humaines tragiques.

La corrosion est donc prévisible, mais quelles sont les solutions de contournement, par exemple dans le secteur du nucléaire dont vous êtes expert ?

Des matériaux adaptés et des environnements appropriés sont choisis afin d’éviter que les phénomènes de corrosion soient rapides. Aujourd’hui, la durée de vie d’une centrale est de l’ordre de soixante ans. On réalise plutôt des calculs pour cent ans, et l’on cherche les matériaux et l’environnement permettant cette échéance. Pour les réacteurs, on agit sur la chimie primaire et secondaire afin que ces phénomènes ne se développent pas, ou qu’ils se développent de manière limitée, avec une vitesse de propagation contrôlée.

La corrosion se situe à l’interface entre un matériau métallique et un milieu. Dans l’industrie nucléaire, le milieu est en général aqueux. Souvent, un oxyde se développe à la surface de l’alliage et peut protéger le matériau, notamment pour les matériaux passifs. Il faut alors étudier l’évolution de cet oxyde. Cela ouvre des études intéressantes sur l’ensemble matériau, milieu et couche d’oxyde. Ce sont ces recherches qui conduisent à définir le couple matériau – milieu le mieux adapté pour la durée de vie de l’installation, en fonction des contraintes d’exploitation.

Pouvez-vous nous donner un exemple d’incident survenu dans une installation nucléaire et dû à la corrosion ?

Dans une centrale nucléaire, il faut évoquer les phénomènes de fissuration dus à la corrosion sous contrainte. Ce type de problème est survenu sur plusieurs centrales françaises en 2022. Des fissures ont été détectées dans le circuit de secours.

Dans la corrosion sous contrainte, trois facteurs principaux interviennent : un facteur mécanique, la chimie et le matériau. Le matériau utilisé dans les centrales concernées est un acier inoxydable. Ce phénomène n’est pas nouveau : en 1953, le prototype de sous-marin Nautilus était arrêté suite à un problème de corrosion sous contrainte sur ce même matériau, l’acier inoxydable 316. En 2022, le même problème sur le même matériau a conduit à l’arrêt d’un quart environ environ des centrales françaises… Une raison identifiée des fissurations observées en 2022 est l’existence de contraintes excessives. La corrosion sous contrainte est donc une bon exemple de corrosion qui a conduit à de nombreux incidents dans les réacteurs nucléaires.

Un autre phénomène de corrosion qui a conduit également à de nombreux incidents dans les centrales thermiques, pas uniquement nucléaires d’ailleurs, est la corrosion-érosion.  Ce phénomène est appelé en anglais « flow accelerated corrosion », soit corrosion accélérée par le débit, formulation plus explicite. Ce phénomène concerne le circuit secondaire, c’est-à-dire la partie où la vapeur est produite dans le générateur de vapeur, fait tourner les turbines, puis se condense dans le condensateur. C’est probablement le phénomène de corrosion qui a le plus souvent conduit à l’arrêt de centrales. Il est général : dès qu’il y a de l’eau sous forme liquide ou de vapeur humide avec des débits très importants, la corrosion s’accélère. On le traite par le choix des matériaux et une chimie maîtrisée.

Par ailleurs, j’entends souvent dire que les industries des énergies renouvelables ne sont pas confrontées aux phénomènes de corrosion. En réalité, des erreurs majeures ont été commises. La WCO a œuvré pour éviter ce type de dérives.

Toute utilisation de matériaux métalliques, y compris dans les énergies bas carbone, exige de la vigilance, car il existe des risques de corrosion. Je pense à un article de synthèse, mené par la Fédération européenne de la corrosion et la WCO, auquel une trentaine d’auteurs ont participé, et qui montre, dans tous les secteurs des énergies bas carbone, l’implication de la corrosion.

En quoi la lutte contre la corrosion permettrait-elle d’atteindre en partie les objectifs de développement durable ?

Je réponds ici en tant qu’ancien président de la WCO. Dans les pays développés comme les États-Unis, le Japon ou en Europe, on estime que la corrosion représente autour de 3 % du PIB. On estime aussi qu’environ 30 % des problèmes de corrosion, et jusqu’à 50 % dans certains pays, pourraient être évités en appliquant simplement les connaissances dont on dispose aujourd’hui. Cela signifie que certains alliages métalliques ne sont pas utilisés correctement et que l’application des connaissances permettrait d’éviter une part importante des problèmes rencontrés.

Il existe également des efforts sur les inhibiteurs de corrosion, souvent associés à une chimie lourde. Certains pays, comme l’Inde ou la Chine, travaillent sur des inhibiteurs organiques et naturels, par exemple des jus de tabac, qui peuvent parfois jouer ce rôle. De nombreux travaux sont menés pour développer des inhibiteurs naturels afin d’éviter une chimie complexe. À ma connaissance, il s’agit encore davantage d’une phase de transition, de tests et d’analyses que d’applications concrètes à grande échelle.

D’une manière générale, lutter contre la corrosion, c’est lutter pour préserver nos matériaux et les ressources naturelles.

Quels conseils donneriez-vous à un ingénieur, un technicien ou un scientifique qui arrive sur le marché du travail ?

J’ai toujours du mal à donner des conseils. Mais si l’on veut s’orienter professionnellement vers les matériaux métalliques et leurs interactions avec l’environnement, donc vers la corrosion, c’est un bon choix de carrière : il y a beaucoup à faire, à tous les niveaux, depuis l’application des connaissances sur le terrain ou en usine jusqu’aux travaux de recherche. Il reste énormément à découvrir.

Le développement de nouvelles technologies et de nouveaux matériaux entraîne aussi des besoins en R&D. Pour ceux qui s’intéressent à la corrosion, le domaine évolue rapidement, notamment grâce à la modélisation atomistique et moléculaire. Il y a d’énormes progrès à venir sur la compréhension des mécanismes et sur les moyens de lutte contre la corrosion. L’intelligence artificielle accélère cette évolution.

L’une des failles actuelles des jumeaux numériques est la prise en compte de la corrosion. On sait bien reproduire les aspects thermiques, hydrauliques, mécaniques, et analyser l’effet d’un changement de paramètre. En revanche, sur la corrosion, il existe encore des lacunes. C’est le cas par exemple des réacteurs nucléaires pour lesquels les jumeaux numériques intègrent toujours avec difficulté les phénomènes de corrosion (notamment de corrosion sous contrainte), alors que les phénomènes liés à la thermique, l’hydraulique ou la neutronique y sont bien pris en compte.

Enfin, les phénomènes de corrosion sont multiphysiques : matériau et milieu interagissent, ce qui impose d’être curieux et ouvert à plusieurs disciplines. On est à la croisée de plusieurs domaines scientifiques et techniques, c’est ce qui rend le sujet passionnant. On a besoin de chimistes, de métallurgistes, etc. Il faut aujourd’hui faire plus attention à son jardin qu’à creuser son sillon. On a besoin de chercheurs qui creusent leur sillon, qui étudient un mécanisme en profondeur, mais pour les applications, on a aussi besoin de personnes ayant un regard global, capables d’embrasser l’ensemble du jardin, sans s’enfermer dans un trou.

Avez-vous recours à une veille technologique ? Dans ce cadre, à quels domaines vous intéressez-vous et quelles sont vos sources principales d’information ?

La veille technologique est importante. Quand j’étais au service de corrosion du CEA, elle était réalisée par la bibliothèque de Saclay. Nous fournissions des mots-clés à des moteurs de recherche, et pour chaque mot-clé, nous recevions des articles ou un résumé de l’actualité sur une période d’un mois ou de trois mois, selon les sujets.

Comme de nombreux chercheurs du domaine, je consulte les revues « Corrosion Science », « Corrosion » et « Nuclear Materials ». Je peux aussi citer un magazine japonais consacré à la corrosion, dont les résumés disponibles en anglais sont très bons.

Que vous apporte la collaboration avec Techniques de l’Ingénieur, en tant que conseiller scientifique ?

L’essentiel du travail que j’ai commencé environ un an avant de partir à la retraite consiste à trouver des auteurs sur des sujets. Dans le passé, j’ai écrit quelques articles pour Techniques de l’Ingénieur.

Au CEA, les articles de Techniques de l’Ingénieur sont très utilisés. On conseille aux ingénieurs récemment recrutés de les consulter et d’en faire le tour. Pour les personnes qui arrivent dans le nucléaire, c’est un état des lieux fiable. Il y a une exigence, nécessaire, et la base documentaire est reconnue, probablement aussi chez Framatome et EDF. C’est une ressource solide qui donne de bonnes bases pour démarrer.

Ce qui m’intéresse le plus, c’est de rédiger, mais trouver de nouveaux auteurs et de nouveaux sujets d’actualité, de même que l’ouverture à l’international avec des auteurs anglophones sont également très motivants.

Pour finir, j’ai constaté un véritable besoin d’expertise en corrosion. J’aurais pu être occupé à temps plein. Il m’est impossible de répondre positivement à toutes les sollicitations. Probablement que le maillage en termes d’expertise corrosion est trop faible en France, malgré les efforts des acteurs du domaine.

[1] ONG reconnue par les Nations Unies