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INSTRUMENTATION DE PROCESS

La corrosion bactérienne suivie en temps réelHDans certains process pétroliers ou de géothermie, les circuits peuvent subir une corrosion locale provoquée par la prolifé-ration de bactéries. Pour éviter ces soucis, les industriels n’avaient à leur disposition que des mesures analytiques, nécessitant prélèvements et analyses en laboratoire, ou le suivi de l’épaisseur des biofilms, sans savoir s’il est corrosif ou non. CFG Services a développé une méthode de mesure électrochimique in situ assurant à la fois la quantification du risque de biocorrosion localisée des tuyauteries en acier au carbone et le suivi en temps réel de l’efficacité des traitements biocides.

Sur les sites industriels pétroliers ou dans les tours d’aéroréfrigération, les circuits d’injection d’eau de gisement ou de refroidissement

sont assez souvent menacés par un ennemi “invisible”. Il s’agit de bactéries, ou plus précisément de leur prolifération en un endroit bien précis dans les canalisations en acier au carbone, qui engendre alors des problèmes de corrosion localisée avec tous les risques que l’on peut imaginer (pertes de charge et/ou de produits, exposition du personnel, pollution de l’environne-ment…). Cette biocorrosion des circuits industriels se distingue par une dégrada-tion du métal par réaction électrochimique liée aux modifications du milieu induites par un biofilm.Pour tenter de pallier ces problèmes, les in-dustriels concernés mettent en œuvre des méthodes qui consistent à qualifier les bac-téries présentes dans l’eau ou les dépôts sur

les parois intérieures des tubages et conduites. Ils sont tou-tefois confrontés à plu- sieurs limitations. Avec les moyens de contrôle usuels par comptage sur bioprobes, l’image du risque de biocor-rosion obtenue, au travers du nombre de bactéries par litre, n’est que partielle. La prolifération des bac-téries se crée en effet principalement sur les surfaces alors que les analyses, elles, sont

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L’essentiel

faites dans l’eau circulante. et il ne s’agit en aucun cas de la quantification de la corro-sion en elle-même.Cela n’empêche pas les industriels de pro-céder à des phases de traitement chimique biocide afin de lutter contre les biocorro-sions… mais avec des résultats pas vrai-ment optimisés. Pour suivre l’efficacité des traitements biocides, les utilisateurs n’ont en fait à leur disposition que des mesures analytiques ou le suivi du biofilm constitué de bactéries et d’exopolysaccharides(1) qui sont des matières organiques sécrétées par les bactéries de par leur métabolisme.

Jusqu’à trois semaines pour une mesure analytiqueL’inconvénient majeur des mesures analy-tiques est le temps nécessaire pour obtenir des valeurs : entre le prélèvement, la mise en milieu de culture et l’analyse propre-ment dite, il ne faut pas moins de deux à trois semaines pour savoir si un traitement biocide est nécessaire ou s’il a bien fonc-tionné. on est très loin de la notion de temps réel ! en ce qui concerne le suivi des dépôts biologiques à la surface des métaux, le souci tient au fait que tous les biofilms ne sont pas corrosifs. Cette technique est alors plutôt réservée au suivi de l’encras-sement d’un circuit.Comme le comptage des bactéries dans l’eau ou sur bioprobes et le suivi d’un bio-film ne sont pas des outils fiables, les in-dustriels ont tendance à injecter les traite-ments chimiques biocides à doses massives et à fortes concentrations pour être “sûrs” de l’absence de prolifération bactérienne, et donc de corrosion, dans les circuits. malheureusement, cette pratique d’opti-misation “tout ou rien” a un coût impor-tant en termes économiques et s’accom-pagne de conséquences néfastes pour l’environnement.Forts de la mise en évidence du rôle des bactéries dans la corrosion de canalisa-tions, des acteurs de l’industrie pétrolière ont décidé de lancer un programme de r&D financé par le Fonds de soutien des hydrocarbures (FSH). Son objectif était de développer une instrumentation capable de détecter les risques de corrosion et de suivre l’efficacité des traitements chimiques biocides. Comme il y avait également des risques de corrosion par les bactéries en géothermie, la société de services et d’in-génierie CFG Services (voir encadré page 36) s’est associée au programme. Après une dizaine d’années de développement, la so-ciété a finalement mis au point un capteur

industriel, baptisé CFG mIC Sensor (mIC pour Microbial Induced Corrosion) et faisant l’objet d’un brevet français depuis avril 2006.Le principe innovant du CFG mIC Sensor repose sur un capteur électrochimique dont le rôle consiste à reproduire, par l’injection de courant, une corrosion locale telle qu’elle aurait été faite par des bactéries. Le mode opératoire pour une mesure fiable de la vi-tesse de corrosion est simple. Dans un pre-mier temps, il s’agit de mettre en place la sonde dans le fluide et d’attendre l’équilibre électrochimique, sachant que l’anode se trouve à l’extrémité du capteur, là où l’on injectera le courant. L’état de surface de l’électrode de la sonde doit atteindre celui de la canalisation et le biofilm s’installe. on parle alors de phase de stabilisation.

Création d’une pile électrochimiqueLa seconde étape consiste en la création d’une pile électrochimique par polarisation anodique d’une électrode de petite surface (l’anode) mise en court-circuit avec une électrode de grande surface (la cathode, dont le rôle est joué par le tube). on repro-duit ainsi une piqûre localisée comparable à celle générée naturellement, mais avec une cinétique plus lente, par les bactéries. Dans un troisième temps, la mesure du ➜

Les circuits d’eau dans les applications géothermales peuvent subir une corrosion localisée liée à la présence de bactéries et les industriels dépensaient jusque-là beaucoup d’argent en traitements biocides. Avec l’instrumentation CFG MIC Sensor, ils disposent d’un outil de suivi de la corrosion en temps réel, ce qui leur ouvre de nouvelles opportunités…

Sur cette capture d’écran du logiciel de pilotage de l’instrumentation développée par CFG Services et d’exploitation des données, on voit très bien l’évolution de la vitesse de corrosion en fonction de l’injection d’un traitement biocide.

courant ainsi débité par la pile électrochi-mique assure le suivi de la vitesse de cor-rosion en millimètres par an (mm/an). Si, au bout de quelques minutes, la vitesse tend vers zéro, cela signifie que le milieu n’est pas capable d’entretenir une corro-sion. Si les bactéries modifient localement le milieu, la vitesse de corrosion ne s’an-nulera pas et le risque de biocorrosion sera donc important.Hormis la nature bactérienne du fluide et la capacité des bactéries à entretenir une corrosion, d’autres paramètres physiques ont une influence sur les résultats. La tem-pérature du fluide, les conditions d’exploi-tation, comme le débit par exemple, ou simplement la forme des canalisations, sont des facteurs pouvant modifier la concentration en bactéries. C’est la raison pour laquelle la position du ou des capteur(s) revêt une importance essen-tielle. Ils doivent en effet être installés là où des modifications peuvent apparaître et engendrer une prolifération bactérienne.L’installation d’un CFG mIC Sensor ne pose d’ailleurs pas de problème particulier. Il suffit d’insérer la sonde électrochimique, dont les électrodes sont en acier au carbone et le corps en acier inoxydable 304L, direc-tement dans la conduite, via un simple pi-quage existant si ses dimensions le permet-tent (raccordement 1 pouce gaz conique)

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➜ et s’il est doté d’une vanne ¼ tour à purge intégrale. Cela peut même se faire en exploitation, sans devoir arrêter le pro-cess. La température maximale du fluide et la pression limite admissible dans la conduite supportées par la sonde sont res-pectivement de +100 °C et de 30 bar, même s’il est possible d’aller au-delà en pression via une mécanique optimisée. A noter que l’instrumentation de conduites sous protection cathodique peut être éga-lement mise en œuvre grâce à une sonde spécifique bi-électrode.

Une optimisation fine des traitements bactéricidesLe reste de l’instrumentation est constitué d’une électronique de mesure intégrée à la sonde et d’un boîtier de commande dé-porté. Ce dernier assure entre autres le pi-lotage du système, à savoir la gestion des cycles de mesure, l’acquisition et le stoc-kage des données, via un PC. L’utilisateur

peut également être averti en temps réel d’un problème de biocorrosion à distance via un modem GSm. Le boîtier de com-mande est alimenté soit par deux batteries rechargeables avec un panneau solaire d’une puissance de 20 W, soit sur le secteur. Il est par ailleurs possible d’installer l’en-semble en atmosphère explosible(2) (certi-fications Atex zone 1 et zone 2) et de com-mander une pompe d’injection pour les produits bactéricides.La technique développée par CFG Services assure non seulement la quantification du risque de biocorrosion localisée des conduites en acier au carbone, via la mesure directe, in situ et en temps réel de la vitesse de corrosion, mais aussi la possibilité de voir immédiatement l’efficacité d’un traitement chimique biocide. Pour mémoire, la vitesse de corrosion tendra alors vers zéro au lieu de rester à une certaine valeur. Les indus-triels dans les domaines du pétrole et gaz, de la papeterie, des réseaux urbains, de la

Crééeen1985etfilialeduBureauderecherchesgéologiquesetminières(BRGM),quiestuncentrederechercheeuropéenpublicderéférencedansledomainedessciencesdelaterre,CFG Servicesestunesociétédeservicesetd’ingénierieorléanaiseemployant45personnespourunchiffred’affairesde9,5millionsd’eurosen2010.Sesactivitéss’articulentautourdelagéothermie(chauffages

industrielsetpourlescollectivités,productiond’électricité)etcomprennentlesétudesdefaisabilité(projetsetconseilsdanslesdomainesdelagéothermiehauteetbasseénergie,ainsiquedelacorrosion),lestravauxdemaîtrised’œuvre(préparationetsupervisiondestravauxd’interventiondanslespuitsetderéalisationdeforages),l’exploitationetlamaintenancedecentralesgéothermiques.

CFG Services en quelques mots

chimie, du nucléaire, de la sidérurgie, etc. disposent ainsi d’un outil leur permettant d’optimiser les traitements en termes de nature de produit, de concentration et/ou de fréquence d’injection. Au-delà d’une meilleure gestion des risques, ils peuvent garantir une réduction significative des coûts de réhabilitation des installations et de l’impact environnemental.

Catherine Cotiche(*)

Responsable du secteur industriesCFG Services

(1) Les exopolysaccharides sont un groupe d’hydrates de carbone (également appelé sucre complexe, comme l’amidon, le glucose) présents dans les plantes et produits par un micro-organisme et sécrété dans le milieu.(2) En version Atex, le boîtier de commande ne gère qu’une seule sonde au lieu de quatre maximum simultanément.(*) Catherine Cotiche a notamment reçu le prix de l’innovation Hubert Curien en 2005 et a été élevée au grade de chevalier de la Légion d’honneur en 2010 pour la création de la sonde CFG MIC Sensor.

L’installation d’un CFG MIC Sensor peut se faire sans arrêter le process : il suffit d’insérer la sonde directement dans un piquage existant avec raccord 1 pouce gaz conique doté d’une vanne ¼ tour à purge intégrale.

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