Chapitre 7 – Oxydoréduction et corrosion | Terminale Bac Pro (Grpt 1) | Chimie | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 5 mai 2026, format manuel scolaire
Mehdi est technicien de maintenance energetique chez ClimaPro Services, a Marseille. Lors d'une intervention sur un circuit de chauffage dans un immeuble ancien, il constate que des raccords en acier galvanise relies a des tubes en cuivre presentent une corrosion avancee. La couche de zinc des raccords a disparu et des depots rouille-brun se forment, provoquant des fuites au niveau des jonctions.
La classification electrochimique classe les metaux du plus reducteur (le plus facilement oxyde) au plus noble (le plus resistant a la corrosion) :
| Rang | Metal | Couple Ox/Red | Comportement |
|---|---|---|---|
| 1 | Magnesium (Mg) | \(\mathrm{Mg^{2+}/Mg}\) | Tres reducteur — s'oxyde tres facilement |
| 2 | Zinc (Zn) | \(\mathrm{Zn^{2+}/Zn}\) | Reducteur — s'oxyde facilement |
| 3 | Fer (Fe) | \(\mathrm{Fe^{2+}/Fe}\) | Reducteur — rouille en presence d'eau et d'air |
| 4 | Nickel (Ni) | \(\mathrm{Ni^{2+}/Ni}\) | Moyennement noble |
| 5 | Etain (Sn) | \(\mathrm{Sn^{2+}/Sn}\) | Moyennement noble |
| 6 | Cuivre (Cu) | \(\mathrm{Cu^{2+}/Cu}\) | Noble — resiste bien a la corrosion |
| 7 | Argent (Ag) | \(\mathrm{Ag^{+}/Ag}\) | Tres noble |
| 8 | Or (Au) | \(\mathrm{Au^{3+}/Au}\) | Extremement noble — inoxydable |
Regle : lorsque deux metaux differents sont en contact dans un milieu conducteur (eau), le metal le moins noble (le plus reducteur) se corrode en cedant ses electrons au metal le plus noble. C'est la corrosion galvanique.
En présence d'eau (électrolyte), les électrons circulent du métal le moins noble (zinc) vers le plus noble (cuivre). C'est l'anode qui se corrode.
a) Dans la classification electrochimique, quel metal est le plus reducteur entre le zinc, le fer et le cuivre ?
b) Quel metal est le plus noble (le plus resistant a la corrosion) parmi ces trois ?
c) Rappeler la definition d'une oxydation et d'une reduction en termes de transfert d'electrons.
a) Le zinc est le plus reducteur des trois (rang 2 dans la classification).
b) Le cuivre est le plus noble des trois (rang 6).
c) Une oxydation est une perte d'electrons. Une reduction est un gain d'electrons.
Dans le circuit de Mehdi, les raccords en acier galvanise (zinc + fer) sont en contact avec les tubes en cuivre, avec de l'eau comme milieu conducteur.
a) Quel metal joue le role d'anode (celui qui s'oxyde et se corrode) ? Justifier a l'aide de la classification.
b) Quel metal joue le role de cathode (celui qui est protege) ?
c) Dans quel sens circulent les electrons dans le contact metallique ?
a) Le zinc (puis le fer une fois la couche de zinc disparue) joue le role d'anode. Il est moins noble que le cuivre dans la classification : il s'oxyde en cedant ses electrons.
b) Le cuivre joue le role de cathode : il recoit les electrons et est protege de la corrosion.
c) Les electrons circulent du zinc (anode) vers le cuivre (cathode) a travers le contact metallique.
Ecrire les demi-equations de la corrosion galvanique entre le zinc et le cuivre :
a) Demi-equation d'oxydation du zinc (le zinc perd des electrons).
b) En realite, dans l'eau du circuit, c'est le dioxygene dissous qui capte les electrons liberes. Ecrire la demi-equation de reduction du dioxygene : \(\mathrm{O_2 + 2\,H_2O + 4\,e^- \longrightarrow 4\,OH^-}\).
c) Combiner les deux demi-equations pour obtenir l'equation bilan. (Multiplier la demi-equation du zinc par 2 pour equilibrer les electrons.)
a) Oxydation : \(\mathrm{Zn \longrightarrow Zn^{2+} + 2\,e^-}\)
b) Reduction : \(\mathrm{O_2 + 2\,H_2O + 4\,e^- \longrightarrow 4\,OH^-}\)
c) On multiplie l'oxydation par 2 :
\(\mathrm{2\,Zn \longrightarrow 2\,Zn^{2+} + 4\,e^-}\)
On additionne :
\[\boxed{\mathrm{2\,Zn + O_2 + 2\,H_2O \longrightarrow 2\,Zn^{2+} + 4\,OH^-}}\]
Les 4 electrons s'annulent. Le zinc est transforme en ions zinc et des ions hydroxyde se forment.
Mehdi observe que la couche de zinc a completement disparu sur certains raccords, laissant apparaitre le fer.
a) Le zinc a-t-il protege le fer pendant un certain temps ? Expliquer le mecanisme.
b) Une fois le zinc consomme, que se passe-t-il entre le fer et le cuivre ? Quel metal est alors corrode ? Justifier.
a) Oui, le zinc a joue le role d'anode sacrificielle. Tant que la couche de zinc etait presente, c'est le zinc (plus reducteur que le fer) qui s'oxydait a la place du fer, le protegeant ainsi de la corrosion. C'est le principe de la galvanisation.
b) Une fois le zinc consomme, le fer se retrouve en contact direct avec le cuivre. Le fer etant moins noble que le cuivre (rang 3 contre rang 6), c'est le fer qui s'oxyde : \(\mathrm{Fe \longrightarrow Fe^{2+} + 2\,e^-}\). Les ions fer(II) forment ensuite de la rouille (\(\mathrm{Fe_2O_3 \cdot n\,H_2O}\)), ce qui explique les depots brun-rouge observes par Mehdi.
Mehdi constate que les tubes en cuivre sont intacts et meme plus brillants pres des raccords.
a) Expliquer pourquoi le cuivre ne se corrode pas dans cette situation.
b) Pourquoi le cuivre apparait-il plus brillant au voisinage des raccords ? (Indice : les electrons recus par le cuivre contribuent a empecher son oxydation de surface.)
a) Le cuivre est le metal le plus noble du couple. C'est lui qui recoit les electrons : il est a la cathode. Il ne perd pas d'electrons, donc il ne s'oxyde pas. Il est cathodiquement protege par le zinc (puis par le fer).
b) Les electrons qui arrivent au cuivre reduisent les eventuels ions cuivre(II) de surface en cuivre metallique, ce qui maintient la surface propre et brillante. De plus, les oxydes de cuivre qui se formeraient normalement sont reduits par cet apport d'electrons.
Pour eviter la corrosion galvanique, Mehdi doit choisir des materiaux compatibles. Voici trois solutions possibles :
Pour chaque solution, expliquer le principe de protection utilise.
A — Raccords en laiton : le laiton est un alliage a base de cuivre, donc proche du cuivre dans la classification. La difference de potentiel entre les deux metaux est tres faible : la corrosion galvanique est quasi inexistante. On utilise des materiaux compatibles.
B — Manchon isolant : le manchon dielectrique empeche le contact electrique direct entre les deux metaux. Sans circulation d'electrons possible, la corrosion galvanique ne peut pas se produire. C'est une isolation electrique.
C — Anode sacrificielle en magnesium : le magnesium est plus reducteur que le zinc et le fer (rang 1). Il s'oxydera en priorite, protegeant tous les autres metaux du circuit. Il faudra le remplacer periodiquement. C'est la protection cathodique par anode sacrificielle.
Dans les ballons d'eau chaude sanitaire, on place souvent une anode en magnesium pour proteger la cuve en acier emaillee.
a) En utilisant la classification, expliquer pourquoi le magnesium protege l'acier.
b) Ecrire la demi-equation d'oxydation du magnesium : \(\mathrm{Mg \longrightarrow \ldots}\)
c) L'anode en magnesium s'use avec le temps. Pourquoi est-il important de la controler et de la remplacer regulierement ?
a) Le magnesium est plus reducteur que le fer (rang 1 contre rang 3). En presence d'eau, c'est le magnesium qui s'oxyde a la place du fer de la cuve. Le fer est protege par la cathode : c'est la protection cathodique.
b) \(\mathrm{Mg \longrightarrow Mg^{2+} + 2\,e^-}\)
c) L'anode se consomme au fil du temps (le magnesium est transforme en ions \(\mathrm{Mg^{2+}}\) dissous). Si l'anode est completement consommee, la cuve en acier n'est plus protegee et la corrosion peut reprendre, provoquant des fuites et une contamination de l'eau. Il faut la controler tous les 2 a 3 ans et la remplacer si necessaire.
Rediger un court rapport (4 a 5 phrases) que Mehdi adresserait au syndic de l'immeuble pour expliquer :
Les fuites constatees sont dues a un phenomene de corrosion galvanique : lorsque deux metaux differents (acier et cuivre) sont en contact dans l'eau du circuit, le metal le moins resistant (l'acier du raccord) se deteriore progressivement au profit du cuivre qui, lui, reste intact. La couche protectrice de zinc qui recouvrait les raccords s'est consommee en premier, puis le fer s'est corrode a son tour, creant des perforations. Nous preconisons de remplacer les raccords corrodes par des raccords en laiton, compatibles avec le cuivre, et d'intercaler des manchons isolants aux jonctions restantes. Enfin, l'installation d'un pot de decantation avec anode en magnesium prolongera la duree de vie de l'ensemble du circuit.
Mehdi remarque que la corrosion est beaucoup plus rapide dans une chaudière qui chauffe l'eau à 80 °C que dans un circuit froid. Proposer deux raisons physiques/chimiques qui expliquent pourquoi la corrosion galvanique est accélérée par la chaleur.
1) Cinétique chimique : selon la loi d'Arrhenius, la vitesse des réactions chimiques double approximativement tous les 10 °C d'augmentation. À 80 °C contre 20 °C, la corrosion peut donc être plus de 10 fois plus rapide.
2) Conductivité de l'eau : l'eau chaude conduit mieux le courant électrique (mobilité accrue des ions), ce qui favorise la circulation des électrons et accélère la corrosion galvanique.
D'autres facteurs aggravants : oxygène plus soluble si renouvellement d'eau, formation de tartre qui peut localement créer des piles d'aération différentielle.
📚 Cette activité s'appuie sur §1 (Oxydoréduction et transfert d'électrons), §2 (Classification électrochimique) et §3 (Corrosion galvanique et protections) de la leçon Ch07.