1. Microstructural characterization of carbon steel corrosion in clay borehole water under anoxic and transient acidic conditions
- Author
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Eddy Foy, Michel L. Schlegel, Nicolas Trcera, Cécile Blanc, Alexandre Romaine, Sophia Necib, Sylvie Daumas, Laboratoire Analyse et Modélisation pour la Biologie et l'Environnement (LAMBE), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Cergy Pontoise (UCP), Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service d'études analytiques et de réactivité des surfaces (SEARS), Département de Physico-Chimie (DPC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Agence Nationale pour la Gestion des Déchets Radioactifs (ANDRA), CFG Servives (CFG Servives), CFG services, Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l'Altération (LAPA - UMR 3685), Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Synchrotron SOLEIL (SSOLEIL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des Sciences de l'Ingénieur pour l'Environnement - UMR 7356 (LaSIE), Université de La Rochelle (ULR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Analyse et Modélisation pour la Biologie et l'Environnement (LAMBE - UMR 8587), Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CEA-Direction de l'Energie Nucléaire (CEA-DEN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction de l'Energie Nucléaire (CEA-DEN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des Sciences de l'Ingénieur pour l'Environnement (LaSIE), Laboratoire Analyse et Modélisation pour la Biologie et l'Environnement ( LAMBE - UMR 8587 ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université de Cergy Pontoise ( UCP ), Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Université d'Évry-Val-d'Essonne ( UEVE ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Service d'études analytiques et de réactivité des surfaces ( SEARS ), Département de Physico-Chimie ( DPC ), Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ), Agence Nationale pour la Gestion des Déchets Radioactifs ( ANDRA ), CFG Servives ( CFG Servives ), Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l'Altération ( LAPA - UMR 3685 ), Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) ( NIMBE UMR 3685 ), Institut Rayonnement Matière de Saclay ( IRAMIS ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut Rayonnement Matière de Saclay ( IRAMIS ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Synchrotron SOLEIL ( SSOLEIL ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire des Sciences de l'Ingénieur pour l'Environnement ( LaSIE ), Université de La Rochelle ( ULR ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and La Rochelle Université (ULR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
Materials science ,Sulfide ,020209 energy ,General Chemical Engineering ,(C) acid corrosion ,Keywords: (A) carbon steel (B) AFS (XANES) (B) Raman spectroscopy (B) SEM (B) XRD (C) acid corrosion a b s t r a c t ,02 engineering and technology ,010501 environmental sciences ,engineering.material ,(B) Raman spectroscopy ,01 natural sciences ,Corrosion ,chemistry.chemical_compound ,Siderite ,0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering ,General Materials Science ,Ankerite ,(B) AFS (XANES) ,0105 earth and related environmental sciences ,Magnetite ,chemistry.chemical_classification ,(A) carbon steel ,Metallurgy ,General Chemistry ,[CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry ,(B) XRD ,6. Clean water ,Silicate ,chemistry ,[ CHIM.MATE ] Chemical Sciences/Material chemistry ,engineering ,Pyrite ,Clay minerals ,(B) SEM - Abstract
International audience; The corrosion interface of low-alloy carbon steel (C-steel) coupons (P235, ferrite-pearlitic with a colum-nar microstructure) reacted in clay porewater seeping in a test chamber in situ in the Callovo-Oxfordian formation of the Meuse-Haute Marne Underground laboratory (France) was probed by microscopic and microspectrocopic techniques. Two series of samples were investigated, with extensive and limited corrosion , respectively. For extensively corroded coupons, several layers of inner corrosion products were observed. The innermost layer was made of Cl-rich Fe (hydr)oxide, later evolving to form a massive β-Fe2(OH)3 Cl unit close to C-steel, and sometimes crossed by magnetite ribbons sticking to cementite lamellas, or by patches of green rust. The second inner layer was made of veinlets of Fe hydrated silicate with a sponge-like morphology, a molecular-scale structure reminiscent of clay minerals, and containing nodules of siderite and chukanovite. These (hydroxy)carbonate solids sometimes merged to form a massive layer close to the trace of the original surface. The layers external to this original surface were dis-continuous and made of successively Ca-doped siderite (ankerite), Fe sulfide, S-rich Fe silicate, and finally pyrite nodules and ankerite. For the samples with limited damage, no β-Fe2(OH)3 Cl layer was observed, siderite or chukanovite were in close contact with metal, sometimes with interfacial magnetite, and the veinlets of Fe hydrated silicate were less developed. Only external layers of Fe sulfide and ankerite were observed. This suggests that these slightly corroding samples were in fact confined. Evidence for microbial activity was obtained in the form of a Fe sulfide fringe mixed with ankerite. Microbial activity may have induced some local heterogeneity in corrosion processes, e.g. by changing local pH conditions at mm-scale.
- Published
- 2016
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