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La corrosion microbienne (CMI) représente un problème majeur dans de nombreuses industries, car elle peut engendrer d'importantes pertes économiques. L'acier inoxydable super duplex 2707 (2707 HDSS) est utilisé en milieu marin en raison de son excellente résistance chimique. Cependant, sa résistance à la CMI n'a pas encore été démontrée expérimentalement. Dans cette étude, le comportement de l'acier inoxydable super duplex 2707 face à la CMI induite par la bactérie aérobie marine Pseudomonas aeruginosa a été étudié. L'analyse électrochimique a montré qu'en présence d'un biofilm de Pseudomonas aeruginosa dans le milieu 2216E, le potentiel de corrosion augmentait, de même que la densité du courant de corrosion. L'analyse par spectroscopie photoélectronique X (XPS) a révélé une diminution de la teneur en chrome à la surface de l'échantillon sous le biofilm. L'analyse d'images des piqûres a montré que le biofilm de P. aeruginosa produisait des piqûres d'une profondeur maximale de 0,69 μm après 14 jours d'incubation. Bien que faible, cette valeur indique que l'acier inoxydable super duplex 2707 présente une résistance à la CMI potentiellement élevée. Le HDSS n'est pas totalement immunisé contre la CMI des biofilms de P. aeruginosa.
Les aciers inoxydables duplex (DSS) sont largement utilisés dans diverses industries grâce à leur combinaison idéale d'excellentes propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion^1,2. Cependant, la corrosion par piqûres localisée persiste et affecte l'intégrité de cet acier^3,4. Les DSS ne sont pas résistants à la corrosion microbienne (MIC)^5,6. Malgré leur large éventail d'applications, certains environnements présentent une résistance à la corrosion insuffisante pour une utilisation à long terme. Il est donc nécessaire d'utiliser des matériaux plus coûteux offrant une résistance à la corrosion supérieure. Jeon et al.⁷ ont constaté que même les aciers inoxydables super duplex (SDSS) présentent certaines limitations en termes de résistance à la corrosion. Par conséquent, des aciers inoxydables super duplex (HDSS) à résistance à la corrosion plus élevée sont requis pour certaines applications. Ceci a conduit au développement des HDSS fortement alliés.
La résistance à la corrosion des aciers inoxydables duplex (DSS) dépend du rapport des phases alpha et gamma et des zones appauvries en Cr, Mo et W adjacentes à la seconde phase. Les aciers inoxydables à haute densité (HDSS) contiennent une forte teneur en Cr, Mo et N, ce qui leur confère une excellente résistance à la corrosion et un indice de résistance à la piqûration (PREN) élevé (45-50), déterminé par la formule : % massique Cr + 3,3 (% massique Mo + 0,5 % massique W) + 16 % massique N. Cette excellente résistance à la corrosion repose sur une composition équilibrée contenant environ 50 % de ferrite (α) et 50 % d’austénite (γ). Les HDSS présentent de meilleures propriétés mécaniques et une résistance supérieure à la corrosion par les chlorures par rapport aux DSS conventionnels. Cette résistance accrue à la corrosion élargit le champ d’application des HDSS à des environnements chlorés plus corrosifs, tels que les milieux marins.
La corrosion microbiologique (CMI) représente un problème majeur dans de nombreux secteurs industriels, tels que le pétrole, le gaz et la distribution d'eau¹⁴. La CMI est responsable de 20 % des dommages dus à la corrosion¹⁵. Il s'agit d'une corrosion bioélectrochimique observable dans de nombreux environnements. Les biofilms qui se forment sur les surfaces métalliques modifient les conditions électrochimiques, influençant ainsi le processus de corrosion. On considère généralement que la corrosion microbiologique est causée par les biofilms. Les micro-organismes électrogènes corrodent les métaux pour obtenir l'énergie nécessaire à leur survie¹⁷. Des études récentes sur la CMI ont montré que le transfert d'électrons extracellulaire (EET) est le facteur limitant la vitesse de la CMI induite par les micro-organismes électrogènes. Zhang et al.¹⁸ ont démontré que les médiateurs d'électrons accélèrent le transfert d'électrons entre les cellules de Desulfovibrio sessificans et l'acier inoxydable 304, entraînant une corrosion microbiologique plus sévère. Enning et al.¹⁹ et Venzlaff et al.²⁰ ont montré que les biofilms de bactéries sulfato-réductrices (BSR) corrosives peuvent absorber directement des électrons des substrats métalliques, provoquant une corrosion par piqûres importante.
Il est connu que le DSS est sensible à la CMI dans les environnements contenant des SRB, des bactéries réductrices de fer (IRB), etc. 21 . Ces bactéries provoquent des piqûres localisées sur les surfaces DSS sous les biofilms22,23. Contrairement au DSS, la CMI du HDSS24 est mal connue.
Pseudomonas aeruginosa est une bactérie Gram négative mobile en forme de bâtonnet, largement répandue dans la nature²⁵. Elle constitue également un groupe microbien majeur en milieu marin, responsable de la corrosion microbiologique de l'acier. Pseudomonas est étroitement impliquée dans les processus de corrosion et est reconnue comme une bactérie pionnière lors de la formation de biofilms. Mahat et al.²⁸ et Yuan et al.²⁹ ont démontré que Pseudomonas aeruginosa tend à accélérer la corrosion des aciers doux et des alliages en milieu aqueux.
L'objectif principal de ce travail était d'étudier les propriétés de corrosion microbiologique (CMI) de l'acier inoxydable 2707 HDSS induites par la bactérie aérobie marine Pseudomonas aeruginosa, en utilisant des méthodes électrochimiques, des techniques d'analyse de surface et l'analyse des produits de corrosion. Des études électrochimiques, incluant le potentiel en circuit ouvert (OCP), la résistance de polarisation linéaire (LPR), la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) et la polarisation dynamique du potentiel, ont été réalisées pour étudier le comportement de la CMI de l'acier inoxydable 2707 HDSS. Une analyse par spectrométrie de dispersion d'énergie (EDS) a été effectuée pour identifier les éléments chimiques présents à la surface corrodée. De plus, une analyse par spectroscopie photoélectronique X (XPS) a été utilisée pour déterminer la stabilité de la couche de passivation d'oxyde sous l'influence d'un environnement marin contenant Pseudomonas aeruginosa. La profondeur des piqûres a été mesurée à l'aide d'un microscope confocal à balayage laser (CLSM).
Le tableau 1 présente la composition chimique de l'acier inoxydable HDSS 2707. Le tableau 2 montre que cet acier possède d'excellentes propriétés mécaniques, avec une limite d'élasticité de 650 MPa. La figure 1 illustre la microstructure optique de l'acier inoxydable HDSS 2707 après traitement thermique de mise en solution. On observe des bandes allongées de phases austénitique et ferritique, sans phases secondaires, dans une microstructure composée d'environ 50 % d'austénite et 50 % de ferrite.
La figure 2a présente les données de potentiel en circuit ouvert (Eocp) en fonction du temps d'exposition pour 2707 HDSS dans un milieu abiotique 2216E et un bouillon de P. aeruginosa pendant 14 jours à 37 °C. Elle montre que le changement le plus important et significatif de l'Eocp se produit au cours des premières 24 heures. Les valeurs d'Eocp dans les deux cas ont atteint un pic de -145 mV (vs. SCE) autour de 16 h, puis ont chuté brutalement, atteignant -477 mV (vs. SCE) et -236 mV (vs. SCE) pour l'échantillon abiotique et P, respectivement. Les coupons de Pseudomonas aeruginosa, respectivement. Après 24 heures, la valeur Eocp de 2707 HDSS pour P. aeruginosa était relativement stable à -228 mV (vs. SCE), tandis que la valeur correspondante pour les échantillons non biologiques était d'environ -442 mV (vs. SCE). L'Eocp en présence de P. aeruginosa était plutôt faible.
Tests électrochimiques de 2707 échantillons HDSS dans un milieu abiotique et dans un bouillon de Pseudomonas aeruginosa à 37 °C :
(a) Eocp en fonction du temps d'exposition, (b) courbes de polarisation au jour 14, (c) Rp en fonction du temps d'exposition et (d) icorr en fonction du temps d'exposition.
Le tableau 3 répertorie les valeurs des paramètres de corrosion électrochimique de 2707 échantillons HDSS exposés à un milieu abiotique et à un milieu inoculé avec Pseudomonas aeruginosa pendant 14 jours. Les tangentes des courbes anodiques et cathodiques ont été extrapolées pour arriver aux intersections donnant la densité de courant de corrosion (icorr), le potentiel de corrosion (Ecorr) et les pentes de Tafel (βα et βc) selon les méthodes standard30,31.
Comme le montre la figure 2b, le décalage vers le haut de la courbe de P. aeruginosa a entraîné une augmentation de Ecorr par rapport à la courbe abiotique. La valeur icorr, qui est proportionnelle au taux de corrosion, a augmenté à 0,328 μA cm-2 dans l'échantillon de Pseudomonas aeruginosa, soit quatre fois celle de l'échantillon non biologique (0,087 μA cm-2).
La LPR est une méthode électrochimique non destructive classique pour l'analyse rapide de la corrosion. Elle a également été utilisée pour étudier le MIC32. La figure 2c montre la résistance de polarisation (Rp) en fonction du temps d'exposition. Une valeur de Rp plus élevée indique une corrosion moindre. Au cours des premières 24 heures, la Rp de l'acier inoxydable austénitique 2707 (HDSS) a atteint une valeur maximale de 1955 kΩ cm² pour les échantillons abiotiques et de 1429 kΩ cm² pour les échantillons de Pseudomonas aeruginosa. La figure 2c montre également que la valeur de Rp a diminué rapidement après une journée, puis est restée relativement stable pendant les 13 jours suivants. La valeur de Rp de l'échantillon de Pseudomonas aeruginosa est d'environ 40 kΩ cm², ce qui est bien inférieur à la valeur de 450 kΩ cm² de l'échantillon non biologique.
La valeur icorr est proportionnelle au taux de corrosion uniforme. Sa valeur peut être calculée à partir de l'équation de Stern-Geary suivante :
Conformément à Zou et al. 33, une valeur typique de la pente de Tafel B a été fixée à 26 mV/décade. La figure 2d montre que l'icorr de l'échantillon non biologique 2707 est resté relativement stable, tandis que celui de l'échantillon de P. aeruginosa a fortement fluctué après les premières 24 heures. Les valeurs d'icorr des échantillons de P. aeruginosa étaient un ordre de grandeur supérieur à celles des témoins non biologiques. Cette tendance est cohérente avec les résultats de résistance de polarisation.
La spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) est une autre technique non destructive utilisée pour caractériser les réactions électrochimiques aux interfaces corrodées. Les spectres d'impédance et les valeurs de capacité calculées des échantillons exposés à des milieux abiotiques et à une solution de Pseudomonas aeruginosa, la résistance Rb du film passif/biofilm formé à la surface de l'échantillon, la résistance de transfert de charge Rct, la capacité de la double couche électrique (EDL) Cdl et les paramètres de l'élément de phase constante (CPE) QCPE ont été analysés plus en détail en ajustant les données à l'aide d'un modèle de circuit équivalent (EEC).
La figure 3 présente les diagrammes de Nyquist (a et b) et de Bode (a' et b') typiques de 2707 échantillons HDSS en milieu abiotique et en bouillon de P. aeruginosa pour différents temps d'incubation. Le diamètre de l'anneau de Nyquist diminue en présence de Pseudomonas aeruginosa. Le diagramme de Bode (Fig. 3b') montre une augmentation de l'amplitude de l'impédance totale. Les maxima de phase fournissent des informations sur la constante de temps de relaxation. La figure 4 illustre les structures physiques monocouches (a) et bicouches (b) ainsi que leurs EEC correspondantes. Un CPE est intégré au modèle EEC. Son admittance et son impédance sont exprimées comme suit :
Deux modèles physiques et circuits équivalents correspondants pour ajuster le spectre d'impédance de l'échantillon 2707 HDSS :
où Y0 est l'amplitude du CPE, j est le nombre imaginaire ou (-1)1/2, ω est la fréquence angulaire et n est l'indice de puissance du CPE inférieur à l'unité35. L'inverse de la résistance de transfert de charge (c.-à-d. 1/Rct) correspond au taux de corrosion. Un Rct plus petit signifie un taux de corrosion plus rapide27. Après 14 jours d'incubation, le Rct des échantillons de Pseudomonas aeruginosa a atteint 32 kΩ cm2, beaucoup plus petit que les 489 kΩ cm2 des échantillons non biologiques (Tableau 4).
Les images CLSM et MEB de la figure 5 montrent clairement que le biofilm recouvrant la surface de l'échantillon 2707 HDSS est dense après 7 jours. Cependant, après 14 jours, le biofilm est clairsemé et quelques cellules mortes apparaissent. Le tableau 5 présente l'épaisseur du biofilm sur les échantillons 2707 HDSS après exposition à *P. aeruginosa* pendant 7 et 14 jours. L'épaisseur maximale du biofilm est passée de 23,4 μm après 7 jours à 18,9 μm après 14 jours. L'épaisseur moyenne du biofilm confirme également cette tendance : elle a diminué de 22,2 ± 0,7 μm après 7 jours à 17,8 ± 1,0 μm après 14 jours.
(a) Image CLSM 3D après 7 jours, (b) Image CLSM 3D après 14 jours, (c) Image MEB après 7 jours et (d) Image MEB après 14 jours.
L'analyse EDS a révélé la présence d'éléments chimiques dans les biofilms et les produits de corrosion d'échantillons exposés à *P. aeruginosa* pendant 14 jours. La figure 6 montre que les teneurs en C, N, O et P dans les biofilms et les produits de corrosion sont nettement supérieures à celles des métaux nus, car ces éléments sont associés aux biofilms et à leurs métabolites. Les micro-organismes n'ont besoin que de traces de chrome et de fer. Les concentrations élevées de Cr et de Fe dans les biofilms et les produits de corrosion à la surface des échantillons indiquent que la matrice métallique a perdu des éléments par corrosion.
Après 14 jours, la formation de piqûres, avec et sans P. aeruginosa, a été observée dans le milieu 2216E. Avant incubation, la surface des échantillons était lisse et sans défaut (Fig. 7a). Après incubation et élimination du biofilm et des produits de corrosion, les piqûres les plus profondes à la surface des échantillons ont été examinées par microscopie confocale à balayage laser (CLSM), comme illustré sur les figures 7b et 7c. Aucune piqûre notable n'a été observée à la surface des échantillons témoins non biologiques (profondeur maximale des piqûres : 0,02 µm). La profondeur maximale des piqûres induites par Pseudomonas aeruginosa était de 0,52 µm après 7 jours et de 0,69 µm après 14 jours, calculée à partir de la profondeur maximale moyenne des piqûres de 3 échantillons (10 valeurs de profondeur maximale des piqûres ont été sélectionnées pour chaque échantillon), atteignant respectivement 0,42 ± 0,12 µm et 0,52 ± 0,15 µm (Tableau 5). sont petits mais importants.
(a) Avant l'exposition, (b) 14 jours dans un milieu abiotique et (c) 14 jours dans un bouillon de Pseudomonas aeruginosa.
La figure 8 présente les spectres XPS des différentes surfaces d'échantillons, et les compositions chimiques analysées pour chaque surface sont résumées dans le tableau 6. Dans ce tableau, les pourcentages atomiques de Fe et Cr en présence de *P. aeruginosa* (échantillons A et B) étaient nettement inférieurs à ceux des échantillons témoins non biologiques (échantillons C et D). Pour l'échantillon contenant *P. aeruginosa*, la courbe spectrale du niveau de cœur Cr 2p a été ajustée à quatre pics d'énergie de liaison (BE) de 574,4, 576,6, 578,3 et 586,8 eV, attribuables respectivement à Cr, Cr₂O₃, CrO₃ et Cr(OH)₃ (Fig. 9a et b). Pour les échantillons non biologiques, le spectre du niveau de cœur Cr 2p présente deux pics principaux, l'un correspondant à Cr (BE à 573,80 eV) et l'autre à Cr₂O₃ (BE à 575,90 eV). BE) dans les figures 9c et d, respectivement. La différence la plus frappante entre les échantillons abiotiques et P. aeruginosa était la présence de Cr6+ et une fraction relative plus élevée de Cr(OH)3 (BE de 586,8 eV) sous le biofilm.
Les spectres XPS larges de la surface de l'échantillon 2707 HDSS dans les deux milieux sont respectivement de 7 jours et 14 jours.
(a) 7 jours d'exposition à P. aeruginosa, (b) 14 jours d'exposition à P. aeruginosa, (c) 7 jours en milieu abiotique et (d) 14 jours en milieu abiotique.
L'acier inoxydable HDSS présente une résistance élevée à la corrosion dans la plupart des environnements. Kim et al.² ont rapporté que l'acier inoxydable HDSS UNS S32707 était défini comme un acier inoxydable duplex fortement allié avec un indice PREN supérieur à 45. La valeur PREN de l'échantillon d'acier inoxydable HDSS 2707 étudié ici était de 49. Ceci est dû à sa teneur élevée en chrome, molybdène et nickel, qui sont bénéfiques en milieux acides et à forte concentration en chlorures. De plus, une composition équilibrée et une microstructure sans défauts contribuent à la stabilité structurale et à la résistance à la corrosion. Cependant, malgré son excellente résistance chimique, les données expérimentales de cette étude suggèrent que l'acier inoxydable HDSS 2707 n'est pas totalement immunisé contre la concentration minimale inhibitrice (CMI) des biofilms de Pseudomonas aeruginosa.
Les résultats électrochimiques ont montré que le taux de corrosion de l'acier inoxydable HDSS 2707 dans le bouillon de culture de *P. aeruginosa* augmentait significativement après 14 jours par rapport au milieu non biologique. Sur la figure 2a, une réduction de l'Eocp a été observée à la fois dans le milieu abiotique et dans le bouillon de culture de *P. aeruginosa* au cours des premières 24 heures. Par la suite, le biofilm a complètement recouvert la surface de l'échantillon et l'Eocp est devenu relativement stable³⁶. Cependant, le niveau d'Eocp biologique était beaucoup plus élevé que celui de l'Eocp non biologique. Il y a lieu de penser que cette différence est due à la formation du biofilm de *P. aeruginosa*. Sur la figure 2d, en présence de *P. aeruginosa*, la valeur d'*icorr* de l'acier inoxydable HDSS 2707 a atteint 0,627 μA cm^-2, soit un ordre de grandeur supérieur à celle du témoin abiotique (0,063 μA cm^-2), ce qui était cohérent avec la valeur de Rct mesurée par EIS. Au cours des premiers jours, Les valeurs d'impédance dans le bouillon de P. aeruginosa augmentent en raison de l'adhérence des cellules de P. aeruginosa et de la formation de biofilms. Cependant, lorsque le biofilm recouvre complètement la surface de l'échantillon, l'impédance diminue. La couche protectrice est attaquée en premier lieu par la formation de biofilms et de leurs métabolites. Par conséquent, la résistance à la corrosion diminue au fil du temps et l'adhérence de P. aeruginosa provoque une corrosion localisée. Les tendances observées en milieu abiotique sont différentes. La résistance à la corrosion du témoin non biologique est nettement supérieure à celle des échantillons exposés au bouillon de P. aeruginosa. De plus, pour les échantillons abiotiques, la valeur Rct de l'acier inoxydable HDSS 2707 atteint 489 kΩ cm² au 14ᵉ jour, soit 15 fois la valeur Rct (32 kΩ cm²) en présence de P. aeruginosa. Ainsi, l'acier inoxydable HDSS 2707 présente une excellente résistance à la corrosion en milieu stérile, mais n'est pas résistant à la corrosion microbiologique (MIC). attaque par des biofilms de P. aeruginosa.
Ces résultats sont également visibles sur les courbes de polarisation de la figure 2b. La ramification anodique est attribuée à la formation d'un biofilm de Pseudomonas aeruginosa et aux réactions d'oxydation du métal. Simultanément, la réaction cathodique correspond à la réduction de l'oxygène. La présence de P. aeruginosa augmente considérablement la densité de courant de corrosion, d'environ un ordre de grandeur supérieur à celle du témoin abiotique. Ceci indique que le biofilm de P. aeruginosa accroît la corrosion localisée de l'acier inoxydable HDSS 2707. Yuan et al.²⁹ ont constaté que la densité de courant de corrosion d'un alliage Cu-Ni 70/30 augmentait sous l'effet d'un biofilm de P. aeruginosa. Ceci pourrait être dû à la biocatalyse de la réduction de l'oxygène par les biofilms de Pseudomonas aeruginosa. Cette observation pourrait également expliquer la corrosion microbiologique (CMI) de l'acier inoxydable HDSS 2707 observée dans cette étude. Les biofilms aérobies peuvent également présenter une concentration d'oxygène plus faible en dessous. Par conséquent, l'incapacité à repasser la surface métallique à l'oxygène pourrait contribuer à la CMI observée. travail.
Dickinson et al. [38] ont suggéré que les vitesses des réactions chimiques et électrochimiques peuvent être directement affectées par l'activité métabolique des bactéries sessiles à la surface de l'échantillon et par la nature des produits de corrosion. Comme le montrent la figure 5 et le tableau 5, le nombre de cellules et l'épaisseur du biofilm ont diminué après 14 jours. Ceci peut s'expliquer par le fait qu'après 14 jours, la plupart des cellules sessiles à la surface de l'acier inoxydable HDSS 2707 sont mortes, soit par épuisement des nutriments dans le milieu 2216E, soit par libération d'ions métalliques toxiques provenant de la matrice de l'acier inoxydable HDSS 2707. Il s'agit d'une limite des expériences en batch.
Dans cette étude, le biofilm de *P. aeruginosa* a favorisé l'appauvrissement local en Cr et Fe sous le biofilm sur la surface de l'acier inoxydable au plomb 2707 (Fig. 6). Le tableau 6 montre la réduction des concentrations de Fe et Cr dans l'échantillon D par rapport à l'échantillon C, indiquant que le Fe et le Cr dissous par le biofilm de *P. aeruginosa* ont persisté au-delà des 7 premiers jours. Le milieu 2216E, utilisé pour simuler les environnements marins, contient 17 700 ppm de Cl⁻, une concentration comparable à celle de l'eau de mer naturelle. La présence de ces 17 700 ppm de Cl⁻ est la principale cause de la réduction du Cr dans les échantillons abiotiques analysés par XPS après 7 et 14 jours. Comparée aux échantillons contenant *P. aeruginosa*, la dissolution du Cr dans les échantillons abiotiques était bien moindre en raison de la forte résistance du matériau 2707 HDSS aux ions Cl⁻ en milieu abiotique. La figure 9 montre la présence de Cr⁶⁺ dans le film de passivation. Ce dernier pourrait être impliqué dans l'élimination du Cr. Le Cr provenant des surfaces en acier par les biofilms de P. aeruginosa, comme suggéré par Chen et Clayton.
En raison de la croissance bactérienne, les valeurs de pH du milieu avant et après culture étaient respectivement de 7,4 et 8,2. Par conséquent, sous le biofilm de *P. aeruginosa*, la corrosion par les acides organiques est peu susceptible de contribuer aux résultats obtenus, compte tenu du pH relativement élevé du milieu. Le pH du milieu témoin non biologique n'a pas varié significativement (de 7,4 initialement à 7,5 finalement) au cours des 14 jours de l'essai. L'augmentation du pH dans le milieu d'inoculation après incubation était due à l'activité métabolique de *P. aeruginosa* et a eu le même effet sur le pH en l'absence de bandelettes de test.
Comme illustré sur la figure 7, la profondeur maximale des piqûres induites par le biofilm de *P. aeruginosa* était de 0,69 μm, soit bien supérieure à celle observée en milieu abiotique (0,02 μm). Ce résultat est cohérent avec les données électrochimiques décrites précédemment. La profondeur de 0,69 μm est plus de dix fois inférieure à la valeur de 9,5 μm rapportée pour l'acier inoxydable duplex 2205 dans les mêmes conditions. Ces données démontrent que l'acier inoxydable hydrodynamique 2707 présente une meilleure résistance à la corrosion microbiologique (MIC) que l'acier inoxydable duplex 2205. Ce résultat n'est pas surprenant, car l'acier inoxydable hydrodynamique 2707 possède une teneur en chrome plus élevée, assurant une passivation plus durable grâce à sa structure de phase équilibrée, exempte de précipités secondaires nocifs. Cette structure rend la dépassivation plus difficile pour *P. aeruginosa* et empêche l'éclipsage des points de départ.
En conclusion, une corrosion microbiologique par piqûres a été observée à la surface de l'acier inoxydable HDSS 2707 dans un bouillon de culture contenant *P. aeruginosa*, contrairement à la corrosion négligeable observée dans les milieux abiotiques. Cette étude montre que l'acier inoxydable HDSS 2707 présente une meilleure résistance à la corrosion microbiologique que l'acier inoxydable DSS 2205, mais qu'il n'est pas totalement immunisé contre cette corrosion en raison du biofilm de *P. aeruginosa*. Ces résultats contribuent au choix d'aciers inoxydables adaptés et à l'estimation de leur durée de vie en milieu marin.
L'échantillon d'acier inoxydable HDSS 2707 a été fourni par l'École de métallurgie de l'Université du Nord-Est (NEU) de Shenyang, en Chine. Sa composition élémentaire, analysée par le Département d'analyse et d'essais des matériaux de la NEU, est présentée dans le tableau 1. Tous les échantillons ont subi un traitement thermique de mise en solution à 1180 °C pendant une heure. Avant les essais de corrosion, les échantillons d'acier inoxydable HDSS 2707, de forme cylindrique et d'une surface supérieure exposée de 1 cm², ont été polis jusqu'à un grain de 2000 avec du papier abrasif au carbure de silicium, puis avec une suspension de poudre d'alumine (Al₂O₃) de 0,05 µm. Les faces latérales et inférieures ont été protégées par une peinture inerte. Après séchage, les échantillons ont été rincés à l'eau déminéralisée stérile et stérilisés à l'éthanol à 75 % (v/v) pendant 30 minutes. Ils ont ensuite été séchés à l'air sous rayonnement ultraviolet (UV) pendant 30 minutes avant utilisation.
La souche marine de Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 a été achetée auprès du Centre de collection de cultures marines de Xiamen (MCCC), en Chine. Pseudomonas aeruginosa a été cultivée en aérobiose à 37 °C dans des flacons de 250 ml et des cuves électrochimiques en verre de 500 ml, en utilisant le milieu liquide Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Chine). Composition du milieu (g/L) : 19,45 NaCl, 5,98 MgCl₂, 3,24 Na₂SO₄, 1,8 CaCl₂, 0,55 KCl, 0,16 Na₂CO₃, 0,08 KBr, 0,034 SrCl₂, 0,08 SrBr₂, 0,022 H₃BO₃, 0,004 Na₂SiO₃, 0,016 NH₃. 0,016 NaH2PO4, 5,0 peptone, 1,0 extrait de levure et 0,1 citrate ferrique. Autoclaver à 121 °C pendant 20 minutes avant l'inoculation. Compter les cellules sessiles et planctoniques à l'aide d'un hémocytomètre sous un microscope optique à un grossissement de 400X. La concentration cellulaire initiale de Pseudomonas aeruginosa planctonique immédiatement après l'inoculation était d'environ 106 cellules/ml.
Des tests électrochimiques ont été réalisés dans une cellule électrochimique classique à trois électrodes en verre d'un volume de 500 ml. Une feuille de platine et une électrode au calomel saturée (ECS) ont été connectées au réacteur via des capillaires de Luggin remplis de ponts salins, servant respectivement de contre-électrode et d'électrode de référence. Pour la fabrication des électrodes de travail, un fil de cuivre gainé de caoutchouc a été fixé à chaque échantillon et recouvert d'époxy, laissant une surface exposée d'environ 1 cm² pour l'électrode de travail. Lors des mesures électrochimiques, les échantillons ont été placés dans le milieu 2216E et maintenus à une température d'incubation constante (37 °C) dans un bain-marie. Les données de potentiel en circuit ouvert (OCP), de potentiel de résonance de la paroi (LPR), de spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) et de polarisation dynamique du potentiel ont été mesurées à l'aide d'un potentiostat Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., États-Unis). Les tests LPR ont été enregistrés à une vitesse de balayage de 0,125 mV s⁻¹ sur la plage de -5 à 5 mV avec Eocp et une fréquence d'échantillonnage de 1 Hz. L'EIS a été réalisée avec un signal sinusoïdal. Une onde a été générée dans la gamme de fréquences de 0,01 à 10 000 Hz en utilisant une tension appliquée de 5 mV à l'état stationnaire Eocp. Avant le balayage de potentiel, les électrodes étaient en circuit ouvert jusqu'à l'obtention d'une valeur stable du potentiel de corrosion libre. Les courbes de polarisation ont ensuite été enregistrées de -0,2 à 1,5 V vs. Eocp à une vitesse de balayage de 0,166 mV/s. Chaque test a été répété 3 fois, avec et sans P. aeruginosa.
Les échantillons destinés à l'analyse métallographique ont été polis mécaniquement avec du papier abrasif humide au carbure de silicium de grain 2000, puis polis davantage avec une suspension de poudre d'Al2O3 de 0,05 μm pour l'observation optique. L'analyse métallographique a été réalisée à l'aide d'un microscope optique. Les échantillons ont été attaqués avec une solution d'hydroxyde de potassium à 10 % en poids.
Après incubation, les échantillons ont été lavés trois fois avec une solution saline tamponnée au phosphate (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) puis fixés avec du glutaraldéhyde à 2,5 % (v/v) pendant 10 heures afin de fixer les biofilms. Ils ont ensuite été déshydratés par une série de bains d'éthanol à concentrations croissantes (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % et 100 % v/v) avant d'être séchés à l'air. Enfin, la surface de l'échantillon a été métallisée par pulvérisation cathodique d'une fine couche d'or pour assurer sa conductivité en vue de l'observation au MEB. Les images MEB ont été focalisées sur les zones présentant la plus forte concentration de cellules sessiles de *P. aeruginosa* à la surface de chaque échantillon. Une analyse EDS a été réalisée pour identifier les éléments chimiques. Un microscope confocal à balayage laser Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Allemagne) a été utilisé pour mesurer la profondeur des piqûres. Afin d'observer les piqûres de corrosion sous le biofilm, l'éprouvette a d'abord été… nettoyé conformément à la norme nationale chinoise (CNS) GB/T4334.4-2000 pour éliminer les produits de corrosion et le biofilm à la surface de l'éprouvette.
L'analyse par spectroscopie photoélectronique X (XPS, système d'analyse de surface ESCALAB250, Thermo VG, États-Unis) a été réalisée à l'aide d'une source de rayons X monochromatique (raie Kα de l'aluminium à une énergie de 1500 eV et une puissance de 150 W) sur une large gamme d'énergie de liaison de 0 à 1350 eV dans des conditions standard. Les spectres haute résolution ont été enregistrés avec une énergie de passage de 50 eV et un pas de 0,2 eV.
Les échantillons incubés ont été retirés et rincés délicatement avec du PBS (pH 7,4 ± 0,2) pendant 15 s. Pour observer la viabilité bactérienne des biofilms sur les échantillons, ces derniers ont été colorés à l'aide du kit de viabilité bactérienne LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Eugene, OR, États-Unis). Ce kit contient deux colorants fluorescents : le SYTO-9 (vert) et l'iodure de propidium (PI) (rouge). En microscopie confocale à balayage laser (CLSM), les points fluorescents verts et rouges représentent respectivement les cellules vivantes et mortes. Pour la coloration, un mélange de 1 ml contenant 3 µl de SYTO-9 et 3 µl de solution de PI a été incubé pendant 20 minutes à température ambiante (23 °C) à l'obscurité. Les échantillons colorés ont ensuite été observés à deux longueurs d'onde (488 nm pour les cellules vivantes et 559 nm pour les cellules mortes) à l'aide d'un microscope confocal à balayage laser Nikon (C2 Plus, Nikon, Japon). L'épaisseur du biofilm était de… mesuré en mode de numérisation 3D.
Comment citer cet article : Li, H. et al.Corrosion microbienne de l'acier inoxydable super duplex 2707 par le biofilm marin de Pseudomonas aeruginosa.science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Fissuration par corrosion sous contrainte de l'acier inoxydable duplex LDX 2101 dans une solution de chlorure en présence de thiosulfate.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effet du traitement thermique de mise en solution et de l'azote dans le gaz de protection sur la résistance à la corrosion par piqûres des soudures en acier inoxydable super duplex.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Une étude chimique comparative de la corrosion par piqûres induite par voie microbienne et électrochimique dans l'acier inoxydable 316L.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Comportement électrochimique de l'acier inoxydable duplex 2205 dans des solutions alcalines de différents pH en présence de chlorure. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI L'effet des biofilms marins sur la corrosion : une revue concise. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).