🚢 La rouille et l'anode sacrificielle
Un bateau en acier passe sa vie dans l'eau salée : le paradis de la rouille ! Pourtant il ne fond pas comme un sucre… grâce à quelques blocs de zinc boulonnés sous la coque, qui se font ronger à sa place. Fais rouiller des clous, sacrifie des anodes et découvre pourquoi la boîte de conserve rayée rouille alors que le seau galvanisé résiste.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Le clou ne rouille ni dans l'air sec, ni dans l'eau bouillie couverte d'huile (sans dioxygène) : il faut de l'eau ET du dioxygène. Dans l'eau salée, la rouille va plus vite.
- Le fer est oxydé (Fe → Fe2+ + 2 e−) ; ses électrons traversent le métal et servent à réduire le dioxygène dissous (O2 + 2 H2O + 4 e− → 4 HO−).
- Avec une anode en zinc, c'est le zinc qui s'oxyde : les électrons vont de l'anode vers la coque, qui reste intacte. L'anode s'use peu à peu et doit être changée avant d'avoir disparu.
- Un métal plus « noble » que le fer, boulonné sur la coque, fait l'inverse : le fer lui envoie ses électrons et rouille plus vite que s'il était seul. À toi de trouver lequel !
- Rayée, la tôle galvanisée garde son fer intact (le zinc se sacrifie), alors que le fer-blanc (étain) rouille dans la rayure, et la rouille creuse sous le revêtement.
Expériences à faire
- Dans « ✏️ Mon tube », quelles cases faut-il décocher pour que le clou reste intact ? Trouve les deux solutions.
- Avec une anode de zinc de 6 kg et I = 0,10 A, au bout de combien d'années faut-il la changer ? Vérifie avec la formule Δt = m₀ × z × F / (M × I).
- Remplace le zinc par l'aluminium ou le magnésium : à masse égale, laquelle des anodes dure le plus longtemps ? Pourquoi ?
- Essaie tous les métaux de la liste : lesquels protègent la coque, lesquels l'abîment ? Dans quel sens circulent alors les électrons ?
- Pour la tôle de droite, essaie l'étain, le nickel puis le zinc : lequel protège le fer même rayé ?
La chimie derrière l'animation
- Corrosion du fer : le fer est le réducteur, il est oxydé : Fe → Fe2+ + 2 e−. Le dioxygène dissous est l'oxydant, il est réduit : O2 + 2 H2O + 4 e− → 4 HO−. Bilan : 2 Fe + O2 + 2 H2O → 2 Fe2+ + 4 HO−, puis formation de rouille (oxydes de fer hydratés).
- Quand deux métaux se touchent dans l'eau, celui de plus faible potentiel standard E° est le meilleur réducteur : c'est lui qui s'oxyde. E°(Mg2+/Mg) = −2,37 V ; E°(Al3+/Al) = −1,66 V ; E°(Zn2+/Zn) = −0,76 V ; E°(Fe2+/Fe) = −0,44 V ; E°(Sn2+/Sn) = −0,14 V ; E°(Cu2+/Cu) = +0,34 V.
- Anode sacrificielle : un métal de E° plus faible que le fer (zinc, aluminium, magnésium) s'oxyde à sa place, Zn → Zn2+ + 2 e−, et les électrons vont de l'anode vers l'acier. La galvanisation (couche de zinc) protège de la même façon, même à l'endroit d'une rayure.
- Masse d'anode consommée pendant Δt avec un courant I : Q = I × Δt, n(e−) = Q / F, d'où m = M × I × Δt / (z × F) et la durée de vie Δtmax = m0 × z × F / (M × I), avec F = 96 485 C/mol.
- Modèle : vitesses de rouille des clous qualitatives (× 3 dans l'eau salée) ; courant de corrosion d'une coque non protégée pris égal au courant de protection (× 1,5 au contact d'un métal plus noble).
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