Durabilité des aciers inoxydables et développement de biofilms dans les réseaux d’eau potable : étude comparative avec d’autres matériaux couramment utilisés

Stainless steels durability and biofilms development in drinking water distribution systems: A comparative study with other commonly used materials

¹ ArcelorMittal Stainless Europe, Research Center, 62330 Isbergues, France
² ArcelorMittal, Global R&D Le Creusot, Industeel, 56 rue Clémenceau, BP 19, 71201 Le Creusot Cedex, France
³ EPI, ZI du Parc, 42490 Fraisses, France

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Reçu : 10 Décembre 2009
Accepté : 2 Février 2010

Résumé

De nombreux matériaux sont couramment utilisés dans les systèmes de distribution d’eau potable ; le choix du matériau dépend de sa disponibilité, de sa facilité de mise en œuvre et des coûts d’investissement et de maintenance. L’expérience montre que certains matériaux sont particulièrement sensibles à l’encrassement et au développement d’un biofilm alors que les autres y sont moins sujets mais au prix d’une corrosion généralisée de la surface entraînant un relargage d’ions non négligeable. En raison de leurs propriétés physico-chimiques de surface et de leur excellente résistance à la corrosion, les aciers inoxydables apparaissent comme de bons candidats pour transporter l’eau potable dans les meilleures conditions d’hygiène et de durabilité.

Cet article présente les résultats d’une étude menée sur des boucles alimentées en eau potable naturelle pendant deux ans. Des nuances d’aciers inoxydables ferritique 444 (EN 1.4521), austénitiques 304L (EN 1.4307), 316L (EN 1.4404), 316LN (EN 1.4429) et duplex 2304 (EN 1.4362), 2205 (EN 1.4462) ont été évaluées. Le comportement de ces alliages vis-à-vis de la corrosion, du développement d’un biofilm, de l’entartrage et de la biocontamination a été comparé à celui du cuivre, de l’acier galvanisé, du polyéthylène et du ciment.

Les résultats montrent (i) des taux d’encrassement et d’entartrage maximum pour l’acier galvanisé et le ciment ; (ii) une minéralisation des biofilms pour tous les matériaux, couplée à un phénomène de stratification plus marqué dans le cas des aciers inoxydables ; (iii) l’initiation d’un endommagement par corrosion localisée uniquement visible sur l’acier galvanisé ; et (iv) des vitesses moyennes de corrosion uniforme très faibles pour tous les aciers inoxydables avec pour conséquence des concentrations attendues en cations métalliques dans l’eau bien en deçà des normes internationales en vigueur.

Abstract

Numerous materials are commonly used in drinking water distribution systems. They are selected on the basis of their availability, technical requirements such as ease to install and maintenance, and investment costs. It is well known that some materials are really proned to fouling and biofilm development while others, which are less sensitive to fouling, suffer from general corrosion leading to a non negligible ion release. Due to their surface physico-chemical properties and their high corrosion resistance, stainless steels seem to be the most promising candidates for the drinking water transport in the best hygiene and durability conditions.

This article presents the results obtained from a study conducted on a natural drinking water loop for two years. The tested stainless steel grades include ferritic (444/EN 1.4521), three austenitics (304L/EN 1.4307, 316L/EN 1.4404 and 316LN/EN 1.4429) and two duplexes (2304 /EN 1.4362 and 2205/EN 1.4462). The behaviour of these alloys, in terms of scaling, biofouling and corrosion has been compared to copper, galvanized steel, polyethylene and cement.

Results indicate (i) maximal fouling and scaling rates for galvanized steel and cement; (ii) a mineralization of the biofilms for all materials, linked to a stratification phenomenon for stainless steels; (iii) localized corrosion initiation only on galvanised carbon steel; and (iv) very low corrosion rate measured on all stainless steels showing cations release rates much below international health requirements.