FORMATION EN PROTECTION CATHODIQUE.
ANNEE 2011
SOMMAIRE
1- GENERALITE SUR LA CORROSION
2- DIAGRAMME DE POURBAIX POUR LE FER.
3- PROTECTION CATHODIQUE DES INSTALLATIONS
4- METHODES DE DIAGNOSTIC.
I) CORROSION ET PRINCIPE DE LA PROTECTION
1. Définition de la corrosion :
La corrosion métallique ramène métaux et alliages à leur état naturel d’oxydes ou
de minerais, elle est donc le résultat de la présence simultanée de deux acteurs,
le métal et le milieu corrosif.
A partir du moment où il contient de l’eau, l’environnement devient un milieu
corrosif, dit «électrolyte», ce milieu est, bien entendu, l’eau elle-même, qui
contient certaine quantité d’espèces chimiques dissoutes ou en suspension, mais
il y a aussi les sols qui contiennent plus ou moins de l’humidité, des gaz amenant
à des condensations d’eau.
La corrosion chimique est le résultat de réaction électrochimique, dont les
particules proviennent d’une électrode métallique et d’un électrolyte qui réagissent
au contact l’un de l’autre. Ces réactions, à l’interface de la phase métallique et la
phase aqueuse, mettent en jeux à la fois les électrons du métal et certains
éléments chimiques neutres ou ionisés contenus dans la solution.
(Réduction)
Transformation
(Oxydation)
Corrosion
MINERAI (Fe++)
Etat stable de la matière
METAL (Fe)
Etat métastable
M++
ee-
M++
M++
e-
e-
M++
e-
M++
e-
M++


M
M++ +2 eEquilibre d’un métal dans une solution
2. Types de corrosion :
Il existe plusieurs formes de corrosion électrochimique :
Corrosion généralisée, elle affecte toute l’interface métal - milieu corrosif par
suite d’une délocalisation des zones anodiques et cathodiques. Elle peut être
uniforme ou non. C’est le cas de l’enroulement de l’acier dans les environnements
naturels.
Corrosions localisées, elles proviennent de la localisation des zones
anodiques en certains endroits de l’interface, pour des raisons d’hétérogénéité
dans le métal ou dans l’électrolyte. La pénétration de la corrosion est d’autant plus
rapide que le rapport de la surface anodique sur la surface cathodique est faible.
La corrosion par piqûres, qui touche, par exemple, l’acier recouvert de la
calamine, ou les aciers inoxydables en milieux chlorurés.
La corrosion inter granulaire des aciers inoxydables austénitiques
sensibilisés à chaud par précipitation du carbure de chrome aux joints des grains.
Les corrosions sélectives, touchant la phase la moins noble de la structure
métallurgique (graphitisation des fontes grises, dézincification des laitons,
désaluminisation, des cupro-aluminiums, etc..).
La corrosion galvanique ou bimétallique, qui se traduit par l’accélération de
la corrosion du métal le moins noble quand celui-ci est en continuité électrique
avec un métal plus noble, exposé au même électrolyte.
La corrosion par aération différentielle qui se traduit par accroissement de la
corrosion dans les zones les moins aérées, qui fonctionnent comme les anodes.
La corrosion par piles géologiques en est le meilleur exemple, une structure
métallique, comme un pipeline ou un puits, qui rencontre plusieurs qualités de
terrains, peut voir sa corrosion plutôt localisée dans les zones les moins aérées,
telles que les argiles. D’une façon plus générale, des différences de nature de
terrains peuvent conduire à la localisation préférentielle de la corrosion dans les
zones de moindre résistivité.
La corrosion caverneuse des aciers inoxydables en milieux chlorurés,
possède un phénomène plus complexe, mais se traduit aussi par attaque
préférentielle des zones où le milieu est moins renouvelé (sous dépôt, dans les
recoins, sous les joints, etc..).
La corrosion bactérienne, en milieu anaérobique, ce qui est le cas de
certaines eaux stagnantes, ou de terrains argileux, vaseux imperméables et
riches en sulfates, certaines bactéries consomment l’hydrogène produit au niveau
des micro cathodes, permettant ainsi à la corrosion de se poursuivre, et
transformant les sulfates en sulfure de fer.
3. Moyens de lutte contre la corrosion :
Les moyens de luttes contre la corrosion peuvent être classés en quatre
directions d’actions possibles :
Rendre la surface chimiquement inerte (dépôts protecteurs).
Modifier l’environnement (inhibition).
Rendre la surface électro chimiquement plus noble (passivation ou
protection anodique).
Rendre la surface thermodynamiquement stable (protection cathodique).
4. Protection des canalisations enterrées :
Les conduites métalliques (que se soit celle de l’eau, du gaz ou autre) enterrées
dans le sol sont toutes exposées au danger de la corrosion.
Pour remédier à ce problème et pour assurer la protection des structures
enterrées, il est souvent nécessaire d’associer plusieurs procédés et qui sont la
protection passive (revêtement et enrobage) et active (protection cathodique) ;
ainsi, les conduites seront protégées par un revêtement externe qui a pour but
d’isoler au maximum le métal du milieu corrosif, cependant un tel revêtement n’est
jamais parfait et la protection cathodique permet de palier les défauts en plaçant
le métal exposé dans des conditions d’immunité par rapport à la corrosion.
4.1. Protection passive :
Elle consiste à soustraire l’ouvrage à protéger du milieu agressif dans lequel il
baigne, par utilisation d’un revêtement adéquat, elle nécessite aussi d’isoler
l’ouvrage des autres métaux qui pourraient amener à des couplages galvaniques.
Le rôle de la protection passive des structures enterrées soumises à la protection
cathodique peut être considéré de deux façons :
- Soit assurer l’essentielle de la protection contre l’action du milieu
environnant (revêtement parfait).
- Soit réduire le besoin en courant de protection cathodique, notamment lors
de la phase de polarisation de la structure.
Dans tous les cas, il est toujours souhaitable que le revêtement utilisé possède
les qualités suivantes:
Une excellente adhérence avec le métal support pour éviter l’infiltration du
milieu électrolyte et les risques de corrosion qui y sont associés malgré la
présence d’un système de protection cathodique fonctionnant correctement.
Une bonne rigidité diélectrique (caractérise l’aptitude du revêtement à résister
à des champs électriques intenses).
Une résistance d’isolement élevée vis-à-vis du milieu électrolytique afin de
limiter la consommation de courant de protection. Cette résistance d’isolement est
la résultante de nombreux paramètres liés soit aux caractéristiques du milieu
électrolytique environnant, soit aux différentes propriétés du revêtement et en
particulier :
 Une résistivité élevée;
 Une perméabilité minimale à l’eau, aux ions et au gaz;
 Une grande inertie aux agents chimiques et biologiques contenus
dans le milieu environnant,
 Une bonne résistance aux contraintes mécaniques et thermiques
lors des opérations de construction;
Une bonne conservation dans le temps des propriétés énumérées ci-dessus.
Catégories de revêtements :
On distingue trois catégories de revêtements pour les conduites enterrées :
 Revêtements à base de produits hydrocarbonés.
 Revêtements thermoplastiques.
 Revêtements à base de produits thermodurcissables.
4.2. Protection active :
C’est la protection dite cathodique car elle consiste à créer la circulation d’un
courant électrique entre le métal et le milieu qui l’entoure, circulation telle que le
sens du courant passe du milieu vers le métal, et de favoriser ainsi la réaction
cathodique au niveau de ce métal que l’on veut protéger contre la corrosion, en
reportant la réaction d’oxydation sur une autre structure, dont on accepte à priori
la dégradation.
D’après ce qui vient d’être dit, il existe deux manières de réaliser la protection
cathodique :
4.2.1. Protection cathodique par courant imposé :
- Principe :
Ce mode de protection est appelé, plus communément, protection par soutirage,
et consiste à utiliser un générateur extérieur au système conduite/sol qui débitera
un courant continu, reliant le pôle positif à une pièce conductrice appelée
déversoir, tandis que le pôle négatif est relié au métal de la conduite à protéger
pour le rendre cathodique.
Le courant venant du déversoir traverse le sol, puis entre dans la structure créant
ainsi l’abaissement de potentiel d’immunité recherché qui est pour l’acier compris
entre –850 et –1200 mV / Cu-CuSO4.
- Domaines d’application:
Le soutirage de courant s’emploie chaque fois que l’intensité nécessaire à la
protection est importante ou que la portée demandée est élevée:
- Conduite enterrées ou immergées, revêtues ou non;
- Castings de forages;
- Structures marines importantes;
- Réservoirs de stockage de grandes dimensions;
- Ouvrages concentrés;
- Etc.
- Réalisation de la protection cathodique:
La protection cathodique par courant imposé se définit par deux paramètres:
1- La densité de courant de protection: La densité du courant, qui est
l’intensité par unité de surface, dépend essentiellement:
- de la qualité d’isolement du revêtement;
- de l’agressivité du milieu environnant.
2- Les caractéristiques du générateur: Le débit de l’appareil est défini par la
loi d’Ohm :
U=R.I
U est la tension de la source de courant continu,
R est la résistance du circuit qui est conditionnée par la résistance de la
masse anodique (déversoir).
Le circuit de la protection par soutirage comprend :
 un générateur de courant continu ;
 un déversoir ;
 l’électrolyte ;
 la structure à protéger.
a- Générateur de courant continu :
Le poste de soutirage est habituellement constitué par un transformateur
redresseur alimenté à partir du réseau électrique basse tension (220 - 380 V).
Dans certaines situations où l’énergie électrique basse tension n’est pas
disponible, il est nécessaire d’avoir recours à d’autres sources d’énergie
autonome telles que l’énergie solaire, accumulateurs et piles, groupes
électrogènes, générateurs et thermo-générateurs.
Le meilleur emplacement d’un poste de soutirage est celui qui permet
d’assurer la protection la plus efficace sur la plus grande portée pour une
puissance minimale.
Les paramètres qui interviennent sont:
- la forme générale du réseau et sa longueur;
- les diamètres des conduites;
- le degré d’agressivité des sols où les conduites sont posées;
- les points les plus favorables pour l’installation des déversoirs;
- disponibilité et coût de l’alimentation en énergie électrique;
- encombrement du sous-sol en structures diverses.
Il est donc nécessaire d’examiner, tout d’abord, le plan d’ensemble du réseau
afin de pouvoir dimensionner le système de protection cathodique à installer et
d’en déduire les emplacements les plus indiqués, quant à la disposition des
canalisations et des lignes électriques.
b- Déversoir :
Le déversoir sert à injecter le courant de protection cathodique dans le sol, il
doit donc être de matériaux conducteurs de courant. Se comportant comme
une anode, il est soumis aux phénomènes d’oxydation. La masse du matériau
constituant le déversoir devra être déterminée pour que l’installation ait une
durée de vie de l’ordre de 15 à 20 ans.
L’un des matériaux suivants peut être utilisé pour la réalisation des
déversoirs : Le graphite, le Ferro-Silicium, la magnétite, le titane platiné et
l’acier sous forme de rails
4.2.2. Protection cathodique par anodes sacrificielles :
La protection cathodique par Anodes sacrificielles a pour but de mettre à profit
l’effet du couple galvanique (pile) crée par l’association, dans un même
électrolyte, de deux métaux différents qui sont reliés électriquement l’un à l’autre,
le métal le moins noble constitue l’anode.
Dans le cas de la protection de l’acier, les anodes utilisées sont à base de Zinc,
d’aluminium ou de magnésium. Dans ce type de protection, l’anode se consomme
par dissolution en portant la surface du métal à protéger au delà de son potentiel
d’immunité.
Les anodes sacrificielles (réactives) ne peuvent être économiquement employées
pour la protection des structures enterrées. Ces dernières peuvent être utilisées, que
dans les sols de résistivité convenable.
A titre d’exemple :
 L’emploi d’anodes en zinc est réservé à des milieux de résistivité inférieure
à 25 Ohm .m (structures immergées).
 L’emploi d’anodes en magnésium est réservé à des milieux de résistivité
inférieure à 50 Ohm .m (sols agressifs ou structures immergées).
II) PROTECTION CATHODIQUE DU RESEAU D’ALIMENTATION
EN EAU POTABLE.
1- But de ce document.
Le présent document a pour but de décrire la méthodologie utilisée pour le
dimensionnement du système de protection cathodique provisoire et définitive du
réseau d’alimentation en eau potable de la ville de Tamanrasset à partir d’In
Salah (lot 3-2).
2- Abréviations.
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SP2 : Station de pompage n°2.
SP3 : Station de pompage n°3.
SP4 : Station de pompage n°4.
VD : Regard de vidange.
VS : Vanne de sectionnement.
PPC : Poste de Protection Cathodique.
PPS : Prise de potentiel simple.
PDS : Prise de soutirage.
PE : Prise Equipotentielle.
PCTE : Prise de Croisement Tube étrangers.
PTG : Prise Tube Gaine.
PJI : Prise Joint Isolant.
PPA+PE : Prise de Potentiel Ampérométrique + prise équipotentielle.
TR : Transformateur Redresseur.
PDS : Prise de soutirage.
ERF : Electrode de Référence Fixe.
ERP : Electrode de Référence portative (mobile).
DDP : Valeur du potentiel.
ON : Niveau de protection cathodique en circuit fermé (marche)
OFF : Niveau protection cathodique en circuit ouvert (arrêt) « potentiel vrai).
Cu-CuSO4 : Electrode de référence en cuivre.
3- Normes et standards utilisés.
Les normes et standards principaux utilisés sont :
- NACE RP169.
- BSI 7361-1 CP1021
- BS EN 12954.
(Cahier des charges norme DIN 30676)
4- Documents de référence :
Les documents de référence utilisés sont :
-
Pièce n°2 – Volume 3 : Spécifications Techniques Particulières
Mesures de résistivité des sols
Référence: Fascicule 71 (C.C.T.G.) art. 61
Courbe de résistivités du tronçon SP2 – SP4. (lot n°2).
Fiche technique tubes.
5- Description des ouvrages du LOT 3-2 (données du projet):
Le lot II est constitué de deux (02) conduites parallèles de diamètre 32’’/36’’, de
longueur égale à 192 Km chacune. Elles relient la station de pompage n°2 à la
station de pompage n°3 et la station de pompage n°3 à la station de pompage
n°4. Il comprend trois chambres de prise pour l’alimentation d’Arak, Anou Meniet
et Moulay Hassan.
5.1 Le tronçon SP2 – SP3 :
5.1.1 Du PK 313+963 au PK 352+163
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
Nombre de conduites : 02 x 32’’ (2 x 813 mm).
Longueur de chaque conduite : 38.200 Km.(40 430 ,00 Km) Selon dernière version
Revêtement extérieur : polyéthylène (PE) tri-couche moyenne densité.
Revêtement intérieur: Epoxy.
Nuance de l’acier : API 5 L X 42
Epaisseur du tube : 10.3 mm.
5.1.2 Du PK 352+163 au PK 387+693
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
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

Nombre de conduites : 02 x 36’’ (2 x 914 mm).
Longueur de chaque conduite : 35.530 Km.(33 258,10KM)
Revêtement extérieur : polyéthylène (PE) tri-couche moyenne densité.
Revêtement intérieur: Epoxy.
Nuance de l’acier : API 5 L X 42
Epaisseur du tube : 11.9 mm.
5.2 Le tronçon SP3 – SP4 :
5.2.1 Du PK 387+693 au PK 454+913
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

Nombre de conduites : 02 x 32’’ (2 x 813 mm).
Longueur de chaque conduite : 67.220 Km.(66 931 KM)
Revêtement extérieur : polyéthylène (PE) tri-couche moyenne densité.
Revêtement intérieur: Epoxy.
Nuance de l’acier : API 5 L X 42
 Epaisseur du tube : 10.3 mm.
5.2.2 Du PK 454+913 au PK 503+958

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

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
Nombre de conduites : 02 x 36’’ (2 x 914 mm).
Longueur de chaque conduite : 49.045 Km.(49 746 .73 KM)
Revêtement extérieur : polyéthylène (PE) tri-couche moyenne densité.
Revêtement intérieur: Epoxy.
Nuance de l’acier : API 5 L X 42
Epaisseur du tube : 11.9 mm.
5.3 Points spéciaux.
PK
321+ 513
321+738
322+788
333+906
344+163
353+138
353+163
368+063
376+263
381+273
384+258
386+088
406+280
414+601
428+451
434+591
435+925
439+786
445+404
460+751
475+166
479+487
479+974
482+020
490+926
497+501
Largeur
(m)
45
Observations
Piste
Piste
Regard de vidange et vanne de sectionnement
Regard de vidange et vanne de sectionnement
Regard de vidange et vanne de sectionnement
Oued
Regard de vidange et vanne de sectionnement
Regard de vidange et vanne de sectionnement
Regard de vidange et vanne de sectionnement
110
Oued
75
Oued
550
Oued
Regard de vidange et vanne de sectionnement
Regard de vidange et vanne de sectionnement
Regard de vidange et vanne de sectionnement
304
Oued
Regard de vidange et vanne de sectionnement
226
Oued
Regard de vidange et vanne de sectionnement
Regard de vidange et vanne de sectionnement
Croisement de route Moulay Lahcène
Piste VSM
Regard de vidange et vanne de sectionnement
226
Oued
Ventouse ! Regard de vidange et vanne de sectionnement
Regard de vidange et vanne de sectionnement
5.4 Joints isolants.
Des joints isolants devront être installés aux endroits suivants :
- un joint isolant en aval de la station de pompage n°2.
- deux joints isolants en amont et en aval de la station de pompage n°3.
- un joint isolant en amont de la station de pompage n°4
- trois joints isolants au niveau des piquages prévus dans les chambres de
prise pour l’alimentation d’Arak, Anou Meniet et Moulay Lahcène.
Remarques :
- En cas de réalisation d’interconnexions entre les deux conduites, il est
nécessaire d’insérer des joints isolants entre les deux conduites.
- Il est nécessaire pour que le système de protection cathodique soit fiable
de prévoir des joints isolants dans le cas ou les vannes de sectionnement
et ses accessoires (piquages pour ventouses, purgeurs) sont en contact
direct avec le sol.
Pour les joints isolants de grand diamètre le cahier des charges prévoie uniquement 04.
- Dans tous les cas, il faut prévoir des shunts (câbles 1x16 mm²), pour
assurer la continuité électrique entre l’amont et l’aval de la vanne de
sectionnement.
5.5 Energie électrique.
Elle est disponible uniquement au niveau des stations de pompage.
En conséquence, pas d’influence d’énergie électrique le long du tracé des deux
conduites.
5.6 Synoptique du tracé.
Voir schéma en annexe.
5.6 Résistivité du sol.
« British Standard Institution » dans le document référence CP1021, évalue
l’agressivité du sol comme suit :
 < 10 .m
sol très agressif (corrosivité très sévère ».
10 <  < 50 .m sol agressif (corrosivité sévère ».
50 <  < 100 .m sol moins agressif (corrosivité moyenne ».
 > 100 .m
sol non agressif (corrosivité faible ou inexistante».
En se référent à la courbe de la résistivité du sol et à la norme de « BSI –
CP1021 », on constate que les conduites traversent en général un sol non
agressif, à l’exception du deuxième tronçon situé entre SP2 et SP4, où les
conduites traversent un sol faiblement agressif par endroit.
5.7 Durée de vie des conduites.
Les ouvrages sont dimensionnés pour une durée de vie de 25 ans.
5.8 Besoin en courant de protection.
En se basant sur les caractéristiques techniques du revêtement et sur la nature
du terrain traversé par l’ouvrage, le facteur de dégradation du revêtement est
comme suit :
 La valeur de dégradation initiale du revêtement
 La valeur de dégradation finale du revêtement
: 0.1%
: 2%
En conséquence, deux densités de courant sont définies :
- Densité de courant de protection cathodique initiale
- Densité de courant de protection cathodique finale
: 0.005 mA/m².
: 2 mA/m².
6. Description du système de protection cathodique utilisé.
Le système de protection cathodique sera réalisé par :
 Anodes sacrificielles magnésium pour la protection provisoire des deux
conduites au cours de la construction des ouvrages (qui seront
déconnectées au moment de la mise en service de la protection
définitive).
 Courant imposé pour la protection définitive du réseau.
Le système de protection cathodique définitif sera composé :
- De transformateurs redresseurs à courant continu,
- Des déversoirs constitués d’anodes en fer au silicium,
-
De prises de mesure du potentiel et de courant installés le long du tracé
des conduites, permettant le contrôle de l’efficacité du système de
protection cathodique installé.
7. Efficacité du système de protection cathodique.
La protection ne sera efficace que si :
 Les tronçons sont délimités par des joints isolants installés de part et
d’autre.
 Le revêtement est parfaitement appliqué « contrôle des défauts de
revêtement lors de la construction par un balai électrique suivi d’une
réparation par un revêtement adéquat, ex : Endoprène, protegol ou
autre..).
 La discontinuité électrique est assurée entre les conduites et les gaines
métalliques nues installées au niveau des traversées de routes (colliers
de centrage) et de s’assurer de l’absence de contact.
 Il est nécessaire pour que le système de protection cathodique soit fiable
de prévoir des joints isolants dans le cas ou les vannes de sectionnement
et ses accessoires (piquages pour ventouses, purgeurs) sont en contact
direct avec le sol.
8. Etude et procédures de réalisation du système de protection cathodique
du réseau.
8.1 Protection cathodique provisoire.
Une protection cathodique provisoire par anodes sacrificielles en magnésium (Mg)
ou par une source de courant continue devra être réalisée, après mise en fouille
de chaque tronçon de canalisation.
Cette protection consiste à connecter une ou plusieurs anodes (Mg) aux
canalisations mises en fouille par l’intermédiaire d’un câble allant vers une prise
de potentiel ou aux bouts des tronçons de ces canalisations.
Ces anodes devront être installées aux endroits ou la résistivité du sol est très
faible, et ce, pour assurer un débit de courant important. Dans la pratique la
valeur de la résistivité du sol préconisée devra être inférieure à 50 ohm .m.
Selon les données de la résistivité du sol, la région SP2-SP4 est caractérisée par
des résistivités électriques très élevées « terrains résistants ».
Les meilleurs endroits préconisés pour l’installation de ces anodes Mg sont situés
aux PK suivants :
322 – 324 – 327 – 328 – 373 – 377 – 388 – 392 – 395 – 411 – 435 – 436 – 441 –
473 – 474 – 482 – 491 - 504
Où, les valeurs de la résistivité du sol sont comprises entre 11 et 100 ohm .m.
- Dans les 24 heures qui suivent la mise en fouille, une campagne de mesure
du potentiel naturel de la canalisation sera réalisée, suivie d’une protection
provisoire par anodes en magnésium.
- Après réglage du courant nécessaire pour la protection cathodique du
tronçon, un relevé préliminaire du potentiel et du courant devra être
effectué pour s’assurer de la protection du tronçon,
- Après 48 heures de polarisation de la conduite, une campagne pour
l’évaluation de la résistance d’isolement du revêtement avant vieillissement
devra être réalisée. Cette campagne permettra de vérifier que tous les joints
de soudure ont été enrobés et les défauts détectés par balai électrique ont
été réparés.
- Ces essais seront sanctionnés par des procès verbaux.
8.2 Dimensionnement du système de protection cathodique définitif.
L’étude du système de protection cathodique a été basée sur :
1234-
L’inspection sur site de l’itinéraire de passage du réseau.
L’établissement du synoptique du tracé relatif au réseau.
Les caractéristiques du revêtement utilisé.
Le dimensionnement de la protection cathodique sera basé sur les densités
de courant de protection et les coefficients d’atténuation pour chaque
tronçon.
a- Critères de base de calcul.
- Potentiel naturel de l’acier dans le sol :
Le potentiel naturel (spontané) moyen est égal à -450 mV/ Cu-CuSO4. Cette
valeur sera prise comme donnée de base de calcul en tout point de la
conduite.
- Critères de protection cathodique :
 Le potentiel de protection doit être inférieur à -850 mV/ Cu-CuSO4.
(mesuré en circuit ouvert).
 Le potentiel de protection ne doit en aucun cas être inférieur à –1200
mV (mesuré en circuit ouvert). Et ce pour éviter le décollement du
revêtement.
b- Calcul du besoin en courant de protection.
En se référant au point (5.8) du chapitre précédant, les besoins en courant de
protection cathodique des deux conduites sont déterminés comme suit :
- Surface totale d’une conduite.
S =  DL
(calcul à changer)
Diamètres de la conduite : 32’’ et 36’’.
Diamètre
32’’
36’’
Longueur
(m)
105 420
84 575
Surface totale de la conduite
Surface
(m²)
269 188.55
242 956.26
512 144.81
 Surface totale des deux conduites : 512144.81 x 2 = 1 024 289.62 m².
Besoin en courant de protection cathodique.
It = S*j
Avec
(calcul à changer)
It = Courant nécessaire pour le dimensionnement de la protection cathodique.
j = Densité de courant de protection = 2 mA/m².
S = Surface totale nue des deux conduites.
S = 1024289.62 x taux de dégradation du revêtement = 1 024 289.62 x 0.02
S = 20 485.79 m².
It = 20 485.79 x 2 = 4 0971, 58 mA
It = 41 A .
Pour éviter le fonctionnement des transformateurs à pleine charge, un coefficient
de sécurité de l’ordre de (1.5) est à prendre en considération.
It1 = It * 1.5 = 61.5 A.
c- Dimensionnement des postes de protection cathodique et vérification du
besoin en courant pour les deux conduites:
Rt = Ro*(1 – e-*t) / (*t)
R  Rt /(  * D)
Es  E 0 * Cosh( * L)
  r/R
Is  2 * E 0 * Sinh ( * Lp / 2) / 
  r*R
Lp  2 * ln( Es / E  ( Es / E )^ 2  1) / 
Avec :
Ro : Résistance d’isolement transversale initiale à t = 0 (50000 .m²).
N.B : Il est à noter que la valeur d’isolement du polyéthylène à la mise en fouille
peut atteindre plusieurs mégohms, et dés que le sol est saturé en eau, cette
résistance aura une valeur de l’ordre de 100 000 .m². Par mesure de sécurité,
on prend une valeur d’isolement initiale égale à 50 000 .m².
 :
Rt :
R :
D :
En :
Es :
Coefficient de vieillissement du revêtement = 0.116  0.138
Résistance d’isolement après une durée de vie t.
Résistance d’isolement transversale après une durée de vie t.
Diamètre nominal de la conduite (0.813 et 0.914 m).
Potentiel naturel de la conduite (-0.450 V).
Gain de potentiel au point de soutirage (-0.850) avec potentiel au point de
soutirage = -1300 mV.
E0 : Gain de potentiel à l’extrémité de la portée du soutirage (-0.400 mV) avec
potentiel à l’extrémité de la conduite = -0.850 mV.
 : Coefficient d’atténuation.
L : Longueur du tronçon.
Is : Courant absorbé par le tronçon.
 : Résistance caractéristique de la conduite.
Lp : Portée totale (amont + aval) du soutirage.
r : Résistance longitudinale de la conduite (r = acier * L / Sa)
avec Sa = *(D - e)*e (e = ép. de la conduite = 0.0103 et 0.0119 m).
acier : 18*10-8 .m
Is : courant de soutirage nécessaire par poste. Pour le dimensionnement du
nombre de postes de protection cathodique, en supposant que la totalité de la
conduite est de diamètre égale à 36’’ et d’une épaisseur égale à 10.3 mm (cas le
plus défavorable).Pour le calcul de la répartition des potentiels et des courants, il
sera pris en considération les diamètres et longueurs réels.
- Résistance d’isolement après 25 ans :
Rt = 50000 * (1-e(-0.138*25)) / (0.138*25).
Rt = 14032.67 .m²
- Résistance d’isolement transversale
R = Rt / (*D)
R = 4884.88 .m
- Résistance longitudinale de la conduite
r =  acier * 1m / (*(D - e)*e)
r = 6.15275E-06 /m
- Constante d’atténuation :
  r/R
 = 3.54901E-05 1/m
- Résistance caractéristique de la conduite :
(à revoir)
  r*R
 = 0.17 .
- Calcul de la portée d'un poste de soutirage
Lp  2 * ln( Es / E  ( Es / E)^ 2  1) / 
Lp = 78 123 m
Nombre de postes de protection cathodique à prévoir :
Np = Longueur totale de la ligne / la portée d’un poste
Np = 189 995 / 78123 = 2.43
 Np = 3 postes de protection cathodique.
- Courant de soutirage à débiter par poste et par conduite :
Is  2 * E 0 * Sinh ( * Lp / 2) / 
Is = 8.85 A / poste
- Courant de soutirage à débiter par poste pour les deux conduites :
 Is’ = 2* 8.85 = 17.3 A.
En tenant compte du coefficient de sécurité (1.5) :
 It = 17.3 * 1.5
It = 26 A
Selon les calculs effectuées au point (6.2), le courant total obtenu est de 61.5 A,
soit 20.5 A / poste.
Donc, le nombre de postes de protection cathodique à prévoir est de 03 débitant
chacun un courant nominal de 30 A. La tension du poste sera déterminée
ultérieurement après calcul de la résistance du circuit par poste.
- Calcul de la répartition des potentiels et des courants sur les deux conduites,
en tenant compte des PK réels des PPC (à la mise en service des ouvrages) :
1,35
1,30
1,25
1,20
1,15
1,10
Es=-1300 mV
1,05
1,00
0,95
0,90
E0=--850 mV
0,85
0,80
0
6000 12000 18000 24000 30000 36000 42000 48000 54000 60000 66000 72000 78000
PPC
Conduite
Is2
Is1
Is = Is1+Is2
(A revoir)
N°
PPC
01
PK (Km)
313+963
352+163
02
387+693
Localité
Portée (m)
DDP
(-mV)
SP2
Réduction
32/36’’
SP3
Amont SP2=0
Point de soutirage
Aval SP2=38200
Amont SP3 = 35530
Point de soutirage
1059
930
930
1300
Is (A)
d’une
conduite
1.019
1.019
1.024
2.804
Is (A)
des 2
conduites
2.038
2.048
5.608
454+913
03
503+958
Réduction
32/36’’
SP4
Aval SP3= 67220
Amont SP4 =49045
Point de soutirage
Aval SP4=0
853
853
1011
-
1.78
1.28
1.28
-
3.56
2.56
2.56
-
Courant total à soutirer par poste à la mise en exploitation des ouvrages est de :
- PPC1 (SP2) = 2.038 A
- PPC2 (SP3) = 5.608 A (à cause de l’éloignement entre le PPC de SP3 & de
SP4)
- PPC3 (SP4) = 2.560 A
Soit un courant total = 10.206 A
En conséquence, les calculs ci-dessus montrent bien que la disposition des trois
postes de protection cathodique au niveau des trois stations (seuls endroits où
l’énergie électrique est disponible) couvre la protection cathodique des deux
ouvrages.
On peut augmenter les potentiels aux extrémités de la portée de chaque poste en
modifiant les potentiels aux points de soutirage, tout en respectant le seuil du
potentiel OFF qui ne doit en aucun cas dépasser la valeur de -1200 mV, et ce
pour éviter le dégagement d’H2 qui provoque le décollement du revêtement
protecteur de l’ouvrage.
d- Calculs des déversoirs avec anodes (Fe-Si-Cr), en lit continu [].
Au niveau des trois sites, les déversoirs seront disposés de la même manière :
- Ils seront implantés horizontalement et à une profondeur de 2 m, dans des
lits continus de fine de coke (diamètre du système anodes fine de coke =
0.4 m).
- Ils seront posés perpendiculairement par rapport aux deux conduites,
- La tête du déversoir sera à une distance de 300 m par rapport à la conduite
la plus proche, et ce, pour augmenter la porté du poste de protection
cathodique.
Selon les mesures, les valeurs de la résistivité du sol aux trois endroits
d’implantation des déversoirs sont approximativement et respectivement :
SP2 : s = 217 .m.
SP3 : s = 219 .m.
SP4 : s = 190 .m.
Dans la pratique, on procède aux mesures de la résistivité du sol aux endroits
d’implantation des déversoirs, en choisissant les valeurs les plus faibles
possibles, et ce pour diminuer les résistances des ces déversoirs.
Rd = s*(Ln(Ld2/P*D)+ (f/s)*Ln(D/Dr))/(2**Ld)
Avec :
s : Résistivité du sol à l’endroit de pose du déversoir [.m];
f : Résistivité de la fine de coke [0.35 .m];
Ld : Longueur du déversoir à installer [m];
P : Profondeur de pose du déversoir [2 m];
D : Diamètre du déversoir [0.4 m];
Dr : Diamètre d’une anode en fer au silicium chrome 2’’x 60’’ avec backfill
[ 0.0508 m ].
M : Poids d’une anode : 22.7 Kg.
Puisque, le déversoir sera posé horizontalement dans un lit de fine de coke
continu, alors le facteur d’interférence inter-anodes est négligeable.
-
Durée de vie des déversoirs :
Durée de vie = M / ( * Cp * I)
Avec Cp : Consommation pratique de l’anode (Kg / A. An).
 : Rendement électrochimique de l’anode (%).
I : Courant débité par le déversoir (Ampères).
Ta : Durée de vie du déversoir (An)
La durée de vie est supérieure à 25 ans.
- Résistance équivalente des deux conduites :
eq =  /2 = 0.19/2 = 0.09 ()
- Résistance des câbles anodiques et cathodiques
. La résistance des câbles cathodiques est négligeable (2 câbles négatifs allant
en // du TR vers les deux conduites. Le PPC sera bâti à proximité des
conduites).
. La résistance du câble positif 1x25 mm² et de longueur égale à 300 m est de :
Rc = Résistance linéique (ohm/km)*0.3 Km = 0.727*0.3
Rc = 0.21 
Résistance totale par poste :
Rt = eq + Rc + Rd
Tension de sortie max par poste :
U = Rt * Imax = Rt x 20.5
N°
PPC
01
02
03
Longueur
dév.
(m)
160
160
160
eq
()
Rc
()
Rd
()
0.09
0.09
0.09
0.21
0.21
0.21
2.24
2.26
1.96
Nombre
d’anodes
Fe-Si
20
20
20
Rt
()
Is
Tension
(V)
2.54
2.56
2.26
20.5
20.5
20.5
52.07
52.48
46.33
Durée
de vie
(An)
>25
>25
>25
Remarque : la distance inter-anodes = 8 m.
Conclusion :
Les trois postes de protection cathodique à prévoir, doivent avoir les paramètres
nominaux suivants :
U = 60 Volts / 30 ampères.