Influence des enzymes sur la corrosion localisée d'un acier inoxydable en eaux douces : cas de la glucose-oxydase

Enzyme influence on pitting corrosion of a stainless steel in soft water: the glucose-oxidase case

¹ Laboratoire de “Corrosion-Fragilisation-Hydrogène“, Ecole Centrale Paris, Châtenay-Malabry
² Laboratoire d'Etude de la Corrosion Aqueuse, CEA Saclay, Gif-sur-Yvette
³ (elodiec@ecp.fr)

Résumé

Le développement d’un biofilm à la surface d’aciers inoxydables immergés en eau de mer naturelle se traduit par une augmentation du potentiel de corrosion libre pouvant entraîner un dépassement du potentiel critique d’amorçage des piqûres. Un modèle enzymatique mettant en jeu une enzyme de type oxydase générant des espèces oxydantes, qui favorisent la réaction cathodique, a été proposé pour expliquer ce comportement. Ce travail a pour but d’estimer la validité de ce modèle sur un acier inoxydable AISI 304 en début d’exposition et en milieu ioniquement peu chargé ; 20 mM de glucose et différentes teneurs en glucose-oxydase (10 à 10000 unités par litre (u/L)) ont été additionnées à un milieu aqueux contenant 1000 ppm Cl-+ 500 ppm NO₃^- + 500 ppm SO₄^-2. L’étude de l’évolution du potentiel de l’acier a permis de différencier l’influence de l’enzyme de celle de son substrat (le glucose). Ce dernier n’intervient en aucune manière sur cette évolution. Au-delà d’une activité suffisante (10 u/L), l'enzyme est responsable d’une augmentation du potentiel de corrosion libre de l’ordre de +250 mV en 30 minutes. L’influence de cette dernière est observable sur l’évolution initiale du potentiel libre, évolution en relation directe avec la cinétique enzymatique, ainsi que sur celle du pH de la solution. Au cours du test galvanostatique, on assiste à une remontée du potentiel caractéristique d’une passivation de l’acier. Dans ces conditions expérimentales, l’évolution de cette passivation est identique pour toutes les teneurs en glucose-oxydase. L’effet inhibiteur des ions nitrates et sulfates, additionnés aux 1000 ppm de chlorures, n’est aucunement modifié par la présence de la glucose-oxydase

Abstract

When stainless steels are immersed in seawater, biofilm formation is responsible of a free potential increase. An enzymatic model has been finalised to explain this behaviour based on an oxidase enzyme which generates oxidising species that would favour the cathodic reaction. The aim of this study is the validation of this enzymatic model in an aqueous environment at the beginning of the exposure with low ions content. 20 mM of glucose and various glucose oxidase concentrations (10 to 10000 units per liter (u/L)) have been added to the 1000 ppm Cl + 500 ppm NO₃^- + 500 ppm S0₄^-2 initial solution. The potential evolution of an AI SI 304 stainless steel has been studied. Glucose had no influence on these potentials. Glucose oxidase has led in 30 minutes to a +250 mV increase of the free potential, E_corr, for all concentrations above 10 u/L. For these contents, the enzymatic activity was sufficient to produce enough hydrogen peroxyde. On the other hand, glucose oxidase concentration acted firstly upon the initial evolution of E_corr, which can be related to the enzymatic kinetic, and secondly upon the pH of the solution. During galvanostatic tests the evolution of passivation was the same, whatever the glucose oxidase concentration. Presence of glucose oxidase, whose passivity trend depends of hydrogen peroxyde production, did not alter the inhibiting effect of nitrates and sulphates anions added to a 1000 ppm Cl^- solution.