Réactivité de deux oxy-hydroxydes de fer à des conditions climatiques imposées : Une étude sur la goethite α-FeOOH et la lépidocrocite γ-FeOOH, omniprésentes dans les mécanismes de corrosion atmosphérique et archéologique
SONAR|HES-SO
- Favre, Julien Haute Ecole Arc Conservation-restauration
- Haute Ecole Arc Conservation-restauration ; Neuchâtel
153 p.
Bachelor of Arts HES-SO en Conservation: Haute Ecole Arc Conservation-restauration, 2024
English
French
This Bachelor's thesis explores the impact of relative humidity on corrosion products, particularly concerning ferrous archaeological artifacts. The hygroscopic nature of certain products is especially crucial for the care of archaeological objects once they are excavated. Significant changes in humidity can lead to volume expansion or contraction in these products, potentially causing mechanical damage or material loss to the artifacts.
The corrosion products of interest in this study are goethite (α-FeOOH) and lepidocrocite (γ-FeOOH), two iron oxyhydroxides commonly on degraded ferrous artefacts. Laboratory experiments were conducted to characterise the hygroscopicity of synthetic corrosion product powders and their impact when in contact with iron.
A set of 40 powder samples of goethite and lepidocrocite was exposed to various relative humidity and monitored using oxygen consumption measurements, weighing and photographic documentation, optical and electron microscopy and µRaman spectroscopy.
The first experiment measured the hygroscopicity and stability of pure powders placed in 5 different hygrometric conditions. Pure goethite powder remained stable under all conditions, while lepidocrocite powder showed water absorption and chemical stability.
Under the same climatic conditions, the second experiment sought to characterise the reactivity of goethite and lepidocrocite. These samples were composed of the same powders but deposited on low-alloy steel plates. The powders were removed from the steel plates at the end of the experiment to study the iron surface. Goethite did not initiate any corrosion processes, whereas lepidocrocite showed reactivity towards iron at 40% relative humidity and above. This may be due to the hygroscopicity of the product, which triggers a typical corrosion reaction of a moist and oxygenated system (rust). Further chemical changes are possible when lepidocrocite is in contact with iron, such as solid transformation reaction into goethite or its reduction in a humid environment. The latter can cause the oxidation of iron, and the formation of new corrosion products. Ce travail de Bachelor traite de l’impact de l’humidité relative sur des produits de corrosion, en particulier pour des objets archéologiques ferreux.
L’hygroscopicité de certains produits est particulièrement importante pour la prise en charge des objets archéologiques en sortie de fouilles. En effet, la prise ou perte de volume de certains produits, à la suite de changements hygrométriques importants, peuvent causer des dégâts mécaniques voire des pertes de matière sur les objets archéologiques.
Les produits de corrosion d’intérêt pour ce travail sont la goethite (α-FeOOH) et la lépidocrocite (γ-FeOOH), deux oxy-hydroxydes de fer omniprésents sur les artefacts ferreux dégradés. Des expériences en laboratoire ont permis de caractériser l’hygroscopicité de poudres de produits de corrosion de synthèse et l’impact qu’elle peut causer lorsque ces poudres sont en contact avec du fer.
40 échantillons de poudres de goethite et de lépidocrocite ont été exposés à diverses humidités relatives et étudiés grâce à des mesures de consommation d’oxygène, des pesées ainsi qu’avec une documentation photographique, au microscope optique et électronique et au µRaman.
La première expérience mesure l’hygroscopicité et la stabilité de poudres pures, placées dans 5 plages de conditions hygrométriques différentes. La poudre de goethite pure s’est avérée stable en tous points. La poudre de lépidocrocite pure a montré une importante capacité d’absorption d’eau et une stabilité chimique.
Dans les mêmes conditions climatiques, la deuxième expérience cherche à caractériser la réactivité de la goethite et la lépidocrocite. Ce corpus d’échantillon est composé des mêmes poudres mais déposées sur des plaques en acier faiblement allié. Les poudres ont été retirées des plaques d’acier à la fin de l’expérience afin d’étudier l’état de surface du fer. La goethite n’initie pas de processus de corrosion, alors qu’une réactivité de la lépidocrocite vis-à-vis du fer est observée dès 40% d’humidité relative. Celle-ci peut être causée par l’hygroscopicité du produit qui provoque une réaction classique de corrosion dans un système oxygéné et humide (rouille). D’autres évolutions chimiques ont été remarquée, comme une réaction de transformation solide de la lépidocrocite en goethite ou une réaction de réduction de la lépidocrocite dans un environnement humide qui peut provoquer l’oxydation du fer, impliquant l’apparition de nouveaux produits de corrosion.
The corrosion products of interest in this study are goethite (α-FeOOH) and lepidocrocite (γ-FeOOH), two iron oxyhydroxides commonly on degraded ferrous artefacts. Laboratory experiments were conducted to characterise the hygroscopicity of synthetic corrosion product powders and their impact when in contact with iron.
A set of 40 powder samples of goethite and lepidocrocite was exposed to various relative humidity and monitored using oxygen consumption measurements, weighing and photographic documentation, optical and electron microscopy and µRaman spectroscopy.
The first experiment measured the hygroscopicity and stability of pure powders placed in 5 different hygrometric conditions. Pure goethite powder remained stable under all conditions, while lepidocrocite powder showed water absorption and chemical stability.
Under the same climatic conditions, the second experiment sought to characterise the reactivity of goethite and lepidocrocite. These samples were composed of the same powders but deposited on low-alloy steel plates. The powders were removed from the steel plates at the end of the experiment to study the iron surface. Goethite did not initiate any corrosion processes, whereas lepidocrocite showed reactivity towards iron at 40% relative humidity and above. This may be due to the hygroscopicity of the product, which triggers a typical corrosion reaction of a moist and oxygenated system (rust). Further chemical changes are possible when lepidocrocite is in contact with iron, such as solid transformation reaction into goethite or its reduction in a humid environment. The latter can cause the oxidation of iron, and the formation of new corrosion products. Ce travail de Bachelor traite de l’impact de l’humidité relative sur des produits de corrosion, en particulier pour des objets archéologiques ferreux.
L’hygroscopicité de certains produits est particulièrement importante pour la prise en charge des objets archéologiques en sortie de fouilles. En effet, la prise ou perte de volume de certains produits, à la suite de changements hygrométriques importants, peuvent causer des dégâts mécaniques voire des pertes de matière sur les objets archéologiques.
Les produits de corrosion d’intérêt pour ce travail sont la goethite (α-FeOOH) et la lépidocrocite (γ-FeOOH), deux oxy-hydroxydes de fer omniprésents sur les artefacts ferreux dégradés. Des expériences en laboratoire ont permis de caractériser l’hygroscopicité de poudres de produits de corrosion de synthèse et l’impact qu’elle peut causer lorsque ces poudres sont en contact avec du fer.
40 échantillons de poudres de goethite et de lépidocrocite ont été exposés à diverses humidités relatives et étudiés grâce à des mesures de consommation d’oxygène, des pesées ainsi qu’avec une documentation photographique, au microscope optique et électronique et au µRaman.
La première expérience mesure l’hygroscopicité et la stabilité de poudres pures, placées dans 5 plages de conditions hygrométriques différentes. La poudre de goethite pure s’est avérée stable en tous points. La poudre de lépidocrocite pure a montré une importante capacité d’absorption d’eau et une stabilité chimique.
Dans les mêmes conditions climatiques, la deuxième expérience cherche à caractériser la réactivité de la goethite et la lépidocrocite. Ce corpus d’échantillon est composé des mêmes poudres mais déposées sur des plaques en acier faiblement allié. Les poudres ont été retirées des plaques d’acier à la fin de l’expérience afin d’étudier l’état de surface du fer. La goethite n’initie pas de processus de corrosion, alors qu’une réactivité de la lépidocrocite vis-à-vis du fer est observée dès 40% d’humidité relative. Celle-ci peut être causée par l’hygroscopicité du produit qui provoque une réaction classique de corrosion dans un système oxygéné et humide (rouille). D’autres évolutions chimiques ont été remarquée, comme une réaction de transformation solide de la lépidocrocite en goethite ou une réaction de réduction de la lépidocrocite dans un environnement humide qui peut provoquer l’oxydation du fer, impliquant l’apparition de nouveaux produits de corrosion.
- Language
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- French
- Notes
-
- Haute Ecole Arc Conservation-restauration
- Orientation : objets scientifiques, techniques et horlogers
- hesso:hearc-co
- Persistent URL
- https://sonar.rero.ch/global/documents/329800
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