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Article

1 - CONTEXTES D’ÉTUDE

2 - GÉNÉRALITÉS SUR LA CORROSION EN MILIEU AQUEUX

3 - OBJETS ARCHÉOLOGIQUES FERREUX CONSIDÉRÉS COMME ANALOGUES

4 - TECHNIQUES DE CARACTÉRISATION

5 - FACIÈS DE CORROSION À TRÈS LONG TERME

6 - MÉCANISMES DE CORROSION SUR LES ANALOGUES

  • 6.1 - Exemples d’indices
  • 6.2 - Exemple de mécanisme Corrosion dans les sols aérés peu chargés en carbonates et en chlorures

7 - DIFFUSION DANS LES PRODUITS DE CORROSION

8 - ESTIMATION DES VITESSES DE CORROSION

9 - CONCLUSION ET PERSPECTIVES

| Réf : COR675 v1

Contextes d’étude
Corrosion des objets archéologiques ferreux

Auteur(s) : Philippe DILLMANN

Date de publication : 10 déc. 2004

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Auteur(s)

  • Philippe DILLMANN : Chargé de recherche au CNRS, laboratoire Pierre Süe CEA/CNRS et laboratoire Métallurgies et cultures UMR 5060 CNRS

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INTRODUCTION

Dès le XIXe siècle, des savants et scientifiques se sont intéressés à la corrosion des objets archéologiques. En revanche depuis, cette époque a toujours perduré un hiatus entre les spécialistes de la conservation des objets archéologiques et les corrosionistes universitaires et industriels. Les premiers ont toujours basé leurs études sur une approche descriptive et naturaliste tandis que les seconds, souvent ont été intéressés par la compréhension phénoménologique des mécanismes de corrosion de matériaux liés à des cas industriels précis et des environnements parfois fort éloignés de ceux des objets archéologiques. Ainsi, la corrosion du fer et des autres métaux a été largement et finement étudiée dans un grand nombre d’environnements, mais uniquement sur des périodes très courtes comparées aux durées concernées par les analogues archéologiques. D’autre part, les couches épaisses des produits de corrosion ont été décrites par les restaurateurs/conservateurs de manière parfois assez détaillée, mais souvent avec des moyens analytiques limités, donnant une bonne appréhension des hétérogénéités que peuvent présenter les systèmes de corrosion archéologiques à l’échelle macroscopique, mais peu d’éléments de compréhension des mécanismes à l’échelle du micromètre. Or, il est patent que seule la combinaison raisonnée de ces deux approches peut permettre de cerner un tel système de corrosion, parfois fort complexe.

Ces dernières années, pour les métaux ferreux principalement, mais également pour d’autres types, s’est fait sentir le besoin de tenter une approche plus fine de la corrosion des objets archéologiques, basée sur la compréhension des mécanismes. Ceci a été motivé, dans les milieux de la conservation/restauration, par la recherche d’informations spécifiques, impossibles à obtenir autrement que par cette compréhension. En particulier, la localisation dans les produits de corrosion de l’ancienne surface de l’objet, sur laquelle peuvent être retrouvées des informations archéologiques primordiales fait l’objet de recherches poussées [1]. De plus, la conservation des objets ferreux dans les musées, ou des pièces de ce métal dans les monuments historiques exige de bien connaître les produits de corrosion formés durant les siècles précédents et leur évolution en fonction de celle du milieu. À cette motivation liée exclusivement au domaine du patrimoine, s’est greffée une problématique plus récente, qui a été à l’origine d’avancées significatives ces dernières années dans le domaine de la compréhension de la corrosion des objets archéologiques. En effet, dans des contextes liés à l’ingénierie nucléaire, le stockage et l’entreposage des déchets radioactifs à vie longue deviennent un sujet crucial. Pour ce faire, il est envisagé, en France (loi no 91-1381) et dans d’autres pays, de conditionner ces déchets dans une matrice d’enrobage et une série d’enveloppes constituées de différents matériaux (verre, acier inoxydable, acier non allié). Dans plusieurs de ces concepts de stockage, la dernière enveloppe du colis de déchets est un surconteneur en acier doux dont il est primordial de connaître le comportement en corrosion sur des durées multiséculaires. Suivant les solutions envisagées, différents milieux, dans lesquels la corrosion de ce surconteneur peut avoir lieu, sont à considérer. Pour toutes ces raisons, les recherches sur les objets archéologiques, considérés en tant que tels ou comme analogues, sont nécessaires et sont menées dans différents laboratoires français et internationaux.

Dans le cas des métaux ferreux, la morphologie et l’épaisseur (de l’ordre de quelques centaines, voire quelques milliers de micromètres) des produits de corrosion nécessite une approche un peu différente de celle classiquement utilisée en corrosion.

En effet, les techniques d’analyse de surface ou d’études électrochimiques ne peuvent plus être employées de la même manière que pour l’étude des couches minces, correspondant aux premiers stades de la corrosion. De plus, un des axes principaux de recherche est de saisir le rôle exact joué par ces couches épaisses sur les mécanismes de corrosion et de quelle manière celles-ci peuvent influencer la vitesse d’altération du métal. Cette compréhension, passant par la caractérisation fine des systèmes de corrosion, nécessite soit l’adaptation de techniques existantes, soit la mise en œuvre de techniques particulières. C’est l’ensemble de ces points qui vont être décrits ci-dessous traitant exclusivement la corrosion des alliages ferreux.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-cor675


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1. Contextes d’étude

La compréhension des mécanismes de corrosion du fer, à très long terme, intéresse deux communautés qui sont : celles de la conservation/restauration des objets archéologiques d’une part et, d’autre part, celle des corrosionnistes et ingénieurs à qui on demande de prévoir le comportement en corrosion des matériaux ferreux sur des durées multiséculaires [2].

1.1 Conservation/restauration : limite de la surface d’origine et modification des mécanismes après mise au jour

Deux objectifs principaux amènent les restaurateurs et conservateurs à s’intéresser aux mécanismes de corrosion sur de très longues durées.

Le premier est lié à la nécessité de retrouver des indices sur la forme originelle de l’objet, le second concerne la compréhension de l’évolution des systèmes de corrosion après leur mise au jour.

Généralement, les objets archéologiques ferreux sortent du sol avec un aspect extérieur fortement altéré. Ce n’est qu’après être passé entre les mains du restaurateur que la forme initiale de celui-ci pourra être restituée. Pour ce faire, il est nécessaire de localiser l’ancienne limite de la surface de l’objet avant enfouissement (figure 1), ce que les spécialistes de la restauration appellent LIMITOS (pour LIMIT of the Original Surface – limite de la surface originelle). Cette surface peut également contenir encore des traces d’indices archéologiques (gravures...) qui peuvent être très précieuses. Les mécanismes de corrosion ayant provoqué la formation de produits de densités différentes de celle du métal et la migration de certaines espèces dans le milieu, cette LIMITOS ne correspond plus à la surface de l’objet lors de son abandon. C’est la raison pour laquelle, il est nécessaire de bien cerner les mécanismes de corrosion ayant eu lieu au cours de l’enfouissement, afin, lors du dégagement progressif des produits de corrosion, de retrouver, à partir des propriétés physico-chimiques, entre autres, les traces de cette ancienne limite [1].

D’autre part, lors de la sortie des objets archéologiques de leur milieu d’enfouissement, les conditions environnementales peuvent varier grandement, notamment du point de vue de l’apport en oxygène. Ainsi, un changement brutal des mécanismes de corrosion peut amener la ruine de l’objet en un temps...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BERTHOLON (R.), RELIER (C.) -   Les métaux archéologiques  -  . La conservation en archéologie, méthodes et pratique de la conservation-restauration des vestiges archéologiques, Masson, p. 163-221 (1990).

  • (2) - COSTA (V.), DAVID (D.), DILLMANN (P.), ROBBIOLA (L.) -   La paléocorrosion, une empreinte du passé  -  . Revue de métallurgie – CIT/Science et génie des matériaux, 99, p. 751-760 (2002).

  • (3) - TURGOOSE (S.) -   Post-excavation changes in iron antiquities  -  . Studies in conservation, 27, p. 97-101 (1982).

  • (4) - MATTHIESEN (H.), HILBERT (L.R.), GREGORY (D.J.) -   The occurence and stability of siderite as a corrosion product on archaeological iron from a waterlogged environment  -  . Studies in conservation, 48, p. 183-194 (2003).

  • (5) - TAUPIN (J.L.) -   Le fer dans les cathédrales  -  . Monumental, 13, p. 18-27 (1996).

  • ...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

    Matériaux métalliques

    CROLET (J.-L.) - BÉRANGER (G.) - Corrosion en milieu aqueux des métaux et alliages - . [M 150] (1998).

    POKORNY (J.) - POKORNY (A.) - Métallographie - . [M 90] (1994).

    Analyse et caractérisation

    BARBILLAT (J.) - BOUGEARD (D.) - BUNTINX (G.) - DELHAYE (M.) - DHAMELINCOURT (P.) - Spectrométrie Raman - . [P 2 865] (1999).

    NENNER (I.) - DOUCET (J.) - DEXPERT (H.) - Rayonnement synchrotron et applications - . [P 2 700] (1996).

    GABRIELLI (C.) - Méthodes électrochimiques. Mesures d’impédances - . [P 2 210] (1994).

    Génie des procédés

    TRÉMILLON (B.) - DURAND (G.) - Électrochimie. Caractéristiques courant-potentiel : théorie (partie 2) - . [J 1 607] (2001).

    Thèses

    NEFF (D.) - Apport des analogues archéologiques à l’estimation des vitesses moyennes et à l’étude des mécanismes de corrosion à très long terme des aciers non alliés dans les sols - . Université de technologie de Compiègne (2003).

    PONS (E.) - Corrosion à long terme du fer et des aciers non ou faiblement alliés dans les sols à dominante argileuse – Caractérisation physico-chimique et étude électrochimique d’analogues archéologiques - . Université de technologie de Compiègne (2002).

    BERTHOLON (R.) - La limite de la surface d’origine des objets métalliques archéologiques. Caractérisation, localisation et approche des mécanismes de conservation - . Université de Paris I (2000).

    Ouvrages généraux

    * - Corrosion et conservation des objets archéologiques

    ZUCCHI (F.) - MORIGI (G.) - BERTOLASI (V.) - Beta Iron Oxyde Hydroxyde formation in localized active corrosion of iron...

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