Merci de votre visite sur Nature.com. La version de votre navigateur que vous utilisez offre une prise en charge CSS limitée. Pour une expérience optimale, nous vous recommandons d'utiliser un navigateur à jour (ou de désactiver le mode de compatibilité dans Internet Explorer). En attendant, pour garantir une prise en charge continue, le site sera rendu sans styles ni JavaScript.
La corrosion microbienne (CMI) est un problème grave dans de nombreuses industries, car elle peut entraîner 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 été démontrée expérimentalement. Cette étude a examiné le comportement du CMI 2707 HDSS causé par la bactérie aérobie marine Pseudomonas aeruginosa. L'analyse électrochimique a montré qu'en présence d'un biofilm de Pseudomonas aeruginosa dans le milieu 2216E, le potentiel de corrosion et la densité de courant de corrosion augmentent. L'analyse par spectroscopie de photoélectrons X (XPS) a montré une diminution de la teneur en Cr à la surface de l'échantillon sous le biofilm. L'analyse visuelle des piqûres a montré que le biofilm de P. aeruginosa produisait des piqûres d'une profondeur maximale de 0,69 µm pendant 14 jours d'incubation. Bien que cela soit faible, cela indique que le HDSS 2707 n'est pas complètement immunisé contre la CMI des biofilms de P. aeruginosa.
Les aciers inoxydables duplex (DSS) sont largement utilisés dans diverses industries grâce à leur parfaite combinaison d'excellentes propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion1,2. Cependant, des piqûres localisées peuvent encore se produire et affecter l'intégrité de cet acier3,4. Le DSS n'est pas résistant à la corrosion microbienne (MIC)5,6. Malgré son large éventail d'applications, il existe encore des environnements où sa résistance à la corrosion n'est pas suffisante pour une utilisation à long terme. Cela signifie que des matériaux plus coûteux et plus résistants à la corrosion sont nécessaires. Jeon et al.7 ont constaté que même les aciers inoxydables super duplex (SDSS) présentent certaines limites en termes de résistance à la corrosion. Par conséquent, dans certains cas, des aciers inoxydables super duplex (HDSS) plus résistants à la corrosion sont nécessaires. Cela a conduit au développement des HDSS fortement alliés.
La résistance à la corrosion du DSS dépend du rapport des phases alpha et gamma et est appauvrie en Cr, Mo et W dans les régions 8, 9 et 10 adjacentes à la seconde phase. Le HDSS contient une teneur élevée en Cr, Mo et N11, ce qui lui confère une excellente résistance à la corrosion et une valeur élevée (45-50) de l'indice de résistance aux piqûres équivalent (PREN) déterminé par le rapport % en poids Cr + 3,3 (% en poids Mo + 0,5 % en poids W) + 16 % en poids N12. Son excellente résistance à la corrosion repose sur une composition équilibrée contenant environ 50 % de phases ferritiques (α) et 50 % austénitiques (γ). Le HDSS présente de meilleures propriétés mécaniques et une plus grande résistance à la corrosion par les chlorures. Cette résistance améliorée à la corrosion permet d'utiliser le HDSS dans des environnements chlorés plus agressifs, tels que les environnements marins.
Français Les MIC sont un problème majeur dans de nombreuses industries telles que les industries du pétrole, du gaz et de l'eau14. Les MIC représentent 20 % de tous les dommages dus à la corrosion15. Les MIC sont une corrosion bioélectrochimique qui peut être observée dans de nombreux environnements. Les biofilms qui se forment sur les surfaces métalliques modifient les conditions électrochimiques, affectant ainsi le processus de corrosion. Il est largement admis que la corrosion par MIC est causée par les biofilms. Les micro-organismes électrogènes rongent les métaux pour obtenir l'énergie dont ils ont besoin pour survivre17. Des études récentes sur les MIC ont montré que l'EET (transfert d'électrons extracellulaires) est le facteur limitant la vitesse des MIC induites par les micro-organismes électrogènes. Zhang et al. 18 ont démontré que les intermédiaires électroniques accélèrent le transfert d'électrons entre les cellules de Desulfovibrio sessificans et l'acier inoxydable 304, ce qui entraîne une attaque plus sévère des MIC. Anning et al. 19 et Wenzlaff et al. 20 études ont montré que les biofilms de bactéries corrosives réductrices de sulfate (SRB) peuvent absorber directement les électrons des substrats métalliques, ce qui entraîne de graves piqûres.
On sait que le DSS est sensible à la CMI dans les milieux contenant des SRB, des bactéries réductrices de fer (IRB), etc. 21 . Ces bactéries provoquent des piqûres localisées à la surface du DSS sous les biofilms 22,23. Contrairement au DSS, la CMI du HDSS 24 est mal connue.
Pseudomonas aeruginosa est une bactérie Gram négative, mobile, en forme de bâtonnet, largement répandue dans la nature25. Pseudomonas aeruginosa est également un groupe microbien majeur dans le milieu marin, provoquant des concentrations élevées de CMI. Pseudomonas est activement impliqué dans le processus de corrosion et est reconnu comme un colonisateur pionnier lors de la formation de biofilm. Mahat et al.28 et Yuan et al.29 ont démontré que Pseudomonas aeruginosa a tendance à augmenter le taux de corrosion de l'acier doux et des alliages dans les environnements aquatiques.
L'objectif principal de ce travail était d'étudier les propriétés du HDSS MIC 2707 causé par la bactérie aérobie marine Pseudomonas aeruginosa en utilisant des méthodes électrochimiques, des méthodes d'analyse de surface et une 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 potentielle, ont été réalisées pour étudier le comportement du HDSS MIC 2707. Une analyse spectrométrique dispersive en énergie (EDS) a été réalisée pour détecter les éléments chimiques sur une surface corrodée. De plus, la spectroscopie de photoélectrons X (XPS) a été utilisée pour déterminer la stabilité de la passivation du film d'oxyde sous l'influence d'un environnement marin contenant Pseudomonas aeruginosa. La profondeur des piqûres a été mesurée au microscope confocal à balayage laser (CLSM).
Le tableau 1 présente la composition chimique du 2707 HDSS. Le tableau 2 montre que le 2707 HDSS présente d'excellentes propriétés mécaniques avec une limite d'élasticité de 650 MPa. La figure 1 montre la microstructure optique du 2707 HDSS traité thermiquement en solution. Dans la microstructure contenant environ 50 % d'austénite et 50 % de ferrite, des bandes allongées de phases austénite et ferrite sans phases secondaires sont visibles.
Français La fig. 2a montre le potentiel de circuit ouvert (Eocp) en fonction du temps d'exposition pour 2707 HDSS dans le milieu abiotique 2216E et le bouillon P. aeruginosa pendant 14 jours à 37 °C. Elle montre que le changement le plus important et le plus significatif de l'Eocp se produit dans les 24 premières heures. Les valeurs d'Eocp dans les deux cas ont culminé à -145 mV (par rapport à SCE) vers 16 h, puis ont chuté brusquement, atteignant -477 mV (par rapport à SCE) et -236 mV (par rapport à SCE) pour l'échantillon abiotique. et P Pseudomonas aeruginosa coupons, respectivement). Après 24 heures, la valeur Eocp 2707 HDSS pour P. aeruginosa était relativement stable à -228 mV (par rapport à SCE), tandis que la valeur correspondante pour les échantillons non biologiques était d'environ -442 mV (par rapport à SCE). L'Eocp en présence de P. aeruginosa était assez faible.
Etude électrochimique de 2707 échantillons HDSS en milieu abiotique et bouillon 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 présente les paramètres de corrosion électrochimique de 2 707 échantillons HDSS exposés à des milieux abiotiques et inoculés par Pseudomonas aeruginosa sur une période de 14 jours. Les tangentes des courbes d'anode et de cathode ont été extrapolées pour obtenir des intersections donnant la densité de courant de corrosion (icorr), le potentiel de corrosion (Ecorr) et la pente de Tafel (βα et βc) selon les méthodes standard30,31.
Comme le montre la figure 2b, un déplacement vers le haut de la courbe de P. aeruginosa a entraîné une augmentation de la valeur d'Ecorr par rapport à la courbe abiotique. La valeur d'icorr, proportionnelle à la vitesse de corrosion, a augmenté à 0,328 µA cm-2 dans l'échantillon de Pseudomonas aeruginosa, soit quatre fois plus que dans 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 la MIC32. La figure 2c montre la résistance de polarisation (Rp) en fonction du temps d'exposition. Une valeur Rp plus élevée signifie une corrosion moindre. Au cours des 24 premières heures, la Rp du HDSS 2707 a atteint un pic 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 Rp a diminué rapidement après un jour, puis est restée relativement inchangée au cours des 13 jours suivants. La valeur Rp d'un échantillon de Pseudomonas aeruginosa est d'environ 40 kΩ cm², ce qui est bien inférieur à la valeur de 450 kΩ cm² d'un échantillon non biologique.
La valeur de icorr est proportionnelle à la vitesse de corrosion uniforme. Sa valeur peut être calculée à partir de l'équation de Stern-Giri suivante :
Selon Zoe et al. 33, la valeur typique de la pente B de Tafel dans ce travail a été prise à 26 mV/déc. La figure 2d montre que l'icorr de l'échantillon non biologique 2707 est resté relativement stable, tandis que l'échantillon de P. aeruginosa a fluctué considérablement après les premières 24 heures. Les valeurs d'icorr des échantillons de P. aeruginosa étaient d'un ordre de grandeur supérieures à celles des témoins non biologiques. Cette tendance est cohérente avec les résultats de la résistance à la polarisation.
L'EIS est une autre méthode non destructive utilisée pour caractériser les réactions électrochimiques sur les surfaces corrodées. Les spectres d'impédance et les valeurs de capacité calculées des échantillons exposés à un environnement abiotique et à une solution de Pseudomonas aeruginosa, la résistance du film passif/biofilm Rb formé à la surface de l'échantillon, la résistance au transfert de charge Rct, la capacité électrique de la double couche Cdl (EDL) et les paramètres constants de l'élément de phase QCPE (CPE). Ces paramètres 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 courbes de Nyquist (a et b) et de Bode (a' et b') typiques de 2707 échantillons HDSS en milieu abiotique et en bouillon P. aeruginosa pour différents temps d'incubation. Le diamètre de l'anneau de Nyquist diminue en présence de Pseudomonas aeruginosa. La courbe de Bode (figure 3b') montre l'augmentation de l'impédance totale. Les maxima de phase permettent d'obtenir des informations sur la constante de temps de relaxation. La figure 4 présente les structures physiques basées sur une monocouche (a) et une bicouche (b), ainsi que les EEC correspondantes. Le CPE est introduit dans le 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 la valeur KPI, j est le nombre imaginaire ou (-1)1/2, ω est la fréquence angulaire, n est l'indice de puissance KPI inférieur à un35. L'inversion de la résistance de transfert de charge (c'est-à-dire 1/Rct) correspond à la vitesse de corrosion. Plus Rct est petit, plus la vitesse de corrosion est élevée27. Après 14 jours d'incubation, la Rct des échantillons de Pseudomonas aeruginosa a atteint 32 kΩ cm2, ce qui est bien inférieur aux 489 kΩ cm2 des échantillons non biologiques (tableau 4).
Les images CLSM et SEM de la figure 5 montrent clairement que le revêtement de biofilm à la surface de l'échantillon HDSS 2707 après 7 jours est dense. Cependant, après 14 jours, la couverture du biofilm était faible et des cellules mortes sont apparues. Le tableau 5 montre l'épaisseur du biofilm sur les échantillons HDSS 2707 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 a également confirmé cette tendance. Elle est passée de 22,2 ± 0,7 µm après 7 jours à 17,8 ± 1,0 µm après 14 jours.
(a) Image CLSM 3D à 7 jours, (b) Image CLSM 3D à 14 jours, (c) Image SEM à 7 jours et (d) Image SEM à 14 jours.
L'EMF a révélé la présence d'éléments chimiques dans les biofilms et les produits de corrosion sur des échantillons exposés à P. aeruginosa pendant 14 jours. La figure 6 montre que la teneur en C, N, O et P des biofilms et des produits de corrosion est significativement plus élevée que dans les métaux purs, car ces éléments sont associés aux biofilms et à leurs métabolites. Les microbes n'ont besoin que de traces de chrome et de fer. Des niveaux élevés de Cr et de Fe dans le biofilm et les produits de corrosion à la surface des échantillons indiquent que la matrice métallique a perdu des éléments en raison de la corrosion.
Après 14 jours, des piqûres avec et sans P. aeruginosa ont été observées 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 à l'aide du CLSM, comme le montrent les Fig. 7b et c. Aucune piqûre évidente n'a été trouvée à la surface des témoins non biologiques (profondeur de piqûre maximale de 0,02 µm). La profondeur maximale des piqûres causées par P. aeruginosa était de 0,52 µm à 7 jours et de 0,69 µm à 14 jours, sur la base de la profondeur maximale moyenne des piqûres de 3 échantillons (10 profondeurs maximales de piqûres ont été sélectionnées pour chaque échantillon). Les valeurs obtenues étaient respectivement de 0,42 ± 0,12 µm et 0,52 ± 0,15 µm (Tableau 5). Ces valeurs de profondeur de trou sont petites mais importantes.
(a) avant exposition, (b) 14 jours dans un environnement abiotique et (c) 14 jours dans un bouillon de Pseudomonas aeruginosa.
Français Sur la fig. Le tableau 8 montre les spectres XPS de diverses surfaces d'échantillons, et la composition chimique analysée pour chaque surface est résumée dans le tableau 6. Dans le tableau 6, les pourcentages atomiques de Fe et Cr en présence de P. aeruginosa (échantillons A et B) étaient bien inférieurs à ceux des témoins non biologiques. (échantillons C et D). Pour un échantillon de P. aeruginosa, la courbe spectrale au niveau du noyau Cr 2p a été ajustée à quatre composantes de pic avec des énergies de liaison (BE) de 574,4, 576,6, 578,3 et 586,8 eV, qui peuvent être attribuées à Cr, Cr2O3, CrO3. et Cr(OH)3, respectivement (Fig. 9a et b). Pour les échantillons non biologiques, le spectre du niveau principal de Cr 2p contient deux pics principaux pour Cr (573,80 eV pour BE) et Cr2O3 (575,90 eV pour BE) dans les figures 9c et d, respectivement. La différence la plus frappante entre les échantillons abiotiques et les échantillons de P. aeruginosa était la présence de Cr6+ et d'une proportion relative plus élevée de Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) sous le biofilm.
Les spectres XPS larges de la surface de l'échantillon 2707 HDSS dans deux milieux sont respectivement de 7 et 14 jours.
(a) 7 jours d'exposition à P. aeruginosa, (b) 14 jours d'exposition à P. aeruginosa, (c) 7 jours dans un environnement abiotique, et (d) 14 jours dans un environnement abiotique.
Le HDSS présente un niveau élevé de résistance à la corrosion dans la plupart des environnements. Kim et al.2 ont rapporté que le HDSS UNS S32707 a été identifié comme un DSS fortement allié avec un PREN supérieur à 45. La valeur PREN de l'échantillon 2707 HDSS dans cette étude était de 49. Cela est dû à la teneur élevée en chrome et à la teneur élevée en molybdène et en nickel, qui sont utiles dans les environnements acides et les environnements à forte teneur en chlorure. De plus, une composition bien équilibrée et une microstructure sans défaut sont bénéfiques pour la stabilité structurelle et la résistance à la corrosion. Cependant, malgré son excellente résistance chimique, les données expérimentales de cette étude suggèrent que le 2707 HDSS n'est pas complètement immunisé contre les CMI du biofilm de P. aeruginosa.
Français Les résultats électrochimiques ont montré que le taux de corrosion du 2707 HDSS dans le bouillon P. aeruginosa a augmenté de manière significative après 14 jours par rapport à l'environnement non biologique. Dans la figure 2a, une diminution de l'Eocp a été observée à la fois dans le milieu abiotique et dans le bouillon P. aeruginosa pendant les premières 24 heures. Après cela, le biofilm recouvre complètement la surface de l'échantillon et l'Eocp devient relativement stable36. Cependant, le niveau biologique d'Eocp était beaucoup plus élevé que le niveau non biologique d'Eocp. Il y a des raisons de croire que cette différence est associée à la formation de biofilms de P. aeruginosa. Sur la figure 2d, en présence de P. aeruginosa, la valeur icorr 2707 HDSS a atteint 0,627 μA cm-2, ce qui est un ordre de grandeur supérieur à celui du contrôle abiotique (0,063 μA cm-2), ce qui était cohérent avec la valeur Rct mesurée par EIS. Au cours des premiers jours, les valeurs d'impédance dans le bouillon de P. aeruginosa ont augmenté en raison de la fixation des cellules de P. aeruginosa et de la formation de biofilms. Cependant, lorsque le biofilm recouvre entièrement la surface de l'échantillon, l'impédance diminue. La couche protectrice est attaquée principalement en raison de la formation de biofilms et de métabolites de biofilm. Par conséquent, la résistance à la corrosion a diminué au fil du temps et la fixation de P. aeruginosa a provoqué une corrosion localisée. Les tendances dans les environnements abiotiques étaient différentes. La résistance à la corrosion du témoin non biologique était bien supérieure à la valeur correspondante des échantillons exposés au bouillon de P. aeruginosa. De plus, pour les accessions abiotiques, la valeur Rct 2707 HDSS a atteint 489 kΩ cm² au jour 14, ce qui est 15 fois supérieur à la valeur Rct (32 kΩ cm²) en présence de P. aeruginosa. Ainsi, le 2707 HDSS présente une excellente résistance à la corrosion dans un environnement stérile, mais n'est pas résistant aux CMI des biofilms de P. aeruginosa.
Français Ces résultats peuvent également être observés à partir des courbes de polarisation des figures 2b. La ramification anodique a été associée à la formation de biofilms de Pseudomonas aeruginosa et à des réactions d'oxydation des métaux. Dans ce cas, la réaction cathodique est la réduction de l'oxygène. La présence de P. aeruginosa a augmenté de manière significative la densité de courant de corrosion, d'environ un ordre de grandeur supérieur à celui du témoin abiotique. Cela indique que le biofilm de P. aeruginosa favorise la corrosion localisée du 2707 HDSS. Yuan et al.29 ont constaté que la densité de courant de corrosion de l'alliage Cu-Ni 70/30 augmentait sous l'action du biofilm de P. aeruginosa. Cela pourrait être dû à la biocatalyse de la réduction de l'oxygène par les biofilms de Pseudomonas aeruginosa. Cette observation pourrait également expliquer la CMI du 2707 HDSS dans ce travail. Il pourrait également y avoir moins d'oxygène sous les biofilms aérobies. Par conséquent, le refus de re-passiver la surface métallique avec de l'oxygène peut être un facteur contribuant au MIC dans ce travail.
Dickinson et al. 38 ont suggéré que la vitesse des réactions chimiques et électrochimiques pouvait être directement affectée 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. Cela peut raisonnablement s'expliquer par le fait qu'après 14 jours, la plupart des cellules sessiles à la surface du HDSS 2707 sont mortes en raison de l'épuisement des nutriments du milieu 2216E ou de la libération d'ions métalliques toxiques de la matrice HDSS 2707. Il s'agit d'une limitation des expériences par lots.
Français Dans ce travail, un biofilm de P. aeruginosa a contribué à l'épuisement local de Cr et Fe sous le biofilm à la surface du 2707 HDSS (Fig. 6). Le tableau 6 montre la réduction de Fe et Cr dans l'échantillon D par rapport à l'échantillon C, indiquant que le Fe et le Cr dissous causés par le biofilm de P. aeruginosa ont persisté pendant les 7 premiers jours. L'environnement 2216E est utilisé pour simuler l'environnement marin. Il contient 17700 ppm Cl-, ce qui est comparable à sa teneur dans l'eau de mer naturelle. La présence de 17700 ppm Cl- était la principale raison de la diminution de Cr dans les échantillons abiotiques de 7 et 14 jours analysés par XPS. Comparé aux échantillons de P. aeruginosa, la dissolution de Cr dans les échantillons abiotiques était beaucoup plus faible en raison de la forte résistance du 2707 HDSS au chlore dans des conditions abiotiques. La fig. 9 montre la présence de Cr6+ dans le film passivant. Il pourrait être impliqué dans l'élimination du chrome 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. Ainsi, sous le biofilm de P. aeruginosa, la corrosion par acide organique est peu susceptible de contribuer à ce travail en raison du pH relativement élevé du milieu en vrac. Le pH du milieu témoin non biologique n'a pas changé de manière significative (de 7,4 initial à 7,5 final) pendant la période d'essai de 14 jours. L'augmentation du pH dans le milieu de semis après incubation était due à l'activité métabolique de P. aeruginosa et s'est avérée avoir le même effet sur le pH en l'absence de bandelettes de test.
Comme le montre la figure 7, la profondeur maximale des piqûres causées par le biofilm de P. aeruginosa était de 0,69 µm, ce qui est bien supérieur à celui du milieu abiotique (0,02 µm). Ceci est cohérent avec les données électrochimiques décrites ci-dessus. La profondeur des piqûres de 0,69 µm est plus de dix fois inférieure à la valeur de 9,5 µm rapportée pour le 2205 DSS dans les mêmes conditions. Ces données montrent que le 2707 HDSS présente une meilleure résistance aux CMI que le 2205 DSS. Cela n'est pas surprenant puisque le 2707 HDSS présente des teneurs en Cr plus élevées qui assurent une passivation plus longue, une dépassivation plus difficile de P. aeruginosa et, en raison de sa structure de phase équilibrée sans précipitation secondaire nocive, provoque des piqûres.
En conclusion, des piqûres de MIC ont été observées à la surface du HDSS 2707 dans un bouillon de culture de P. aeruginosa, comparativement à des piqûres insignifiantes en milieu abiotique. Ces travaux montrent que le HDSS 2707 présente une meilleure résistance au MIC que le DSS 2205, mais qu'il n'est pas totalement immunisé contre le MIC en raison du biofilm de P. aeruginosa. Ces résultats aident à la sélection d'aciers inoxydables adaptés et à leur durée de vie en milieu marin.
Coupon pour le HDSS 2707 fourni par l'École de métallurgie de l'Université du Nord-Est (NEU) à Shenyang, en Chine. La composition élémentaire du HDSS 2707 est présentée dans le tableau 1, qui a été analysé par le département d'analyse et d'essais des matériaux de la NEU. Tous les échantillons ont été traités pour une solution solide à 1 180 °C pendant 1 heure. Avant les essais de corrosion, un HDSS 2707 en forme de pièce de monnaie, présentant une surface ouverte supérieure de 1 cm², a été poli au grain 2 000 avec du papier de verre au carbure de silicium, puis poli avec une suspension de poudre d'Al₂O₃ de 0,05 µm. Les côtés et le fond sont protégés par une peinture inerte. Après séchage, les échantillons ont été lavés à l'eau déionisée stérile et stérilisés à l'éthanol à 75 % (v/v) pendant 0,5 h. Ils ont ensuite été séchés à l'air libre sous lumière ultraviolette (UV) pendant 0,5 h avant utilisation.
La souche marine de Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 a été achetée auprès du Centre de collecte de cultures marines de Xiamen (MCCC), en Chine. Pseudomonas aeruginosa a été cultivée en conditions aérobies à 37 °C dans des flacons de 250 ml et des cellules électrochimiques en verre de 500 ml en utilisant un milieu liquide Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Chine). Français Le milieu contient (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 NaSiO3, 0016 6NH26NH3, 3,0016 NH3, 5,0 peptone, 1,0 extrait de levure et 0,1 citrate de fer. Autoclaver à 121 °C pendant 20 minutes avant l'inoculation. Compter les cellules sessiles et planctoniques avec un hémocytomètre sous un microscope optique à un grossissement de 400x. La concentration initiale de Pseudomonas aeruginosa planctonique immédiatement après l'inoculation était d'environ 106 cellules/ml.
Les tests électrochimiques ont été réalisés dans une cellule en verre classique à trois électrodes d'un volume moyen de 500 ml. La feuille de platine et l'électrode au calomel saturé (SAE) étaient reliées au réacteur par des capillaires de Luggin remplis de ponts salins, servant respectivement de contre-électrode et de référence. Pour la fabrication des électrodes de travail, un fil de cuivre caoutchouté a été fixé à chaque échantillon et recouvert de résine époxy, laissant environ 1 cm² de surface non protégée pour l'électrode de travail d'un côté. 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 d'OCP, de LPR, d'EIS et de polarisation dynamique potentielle ont été mesurées à l'aide d'un potentiostat Autolab (Référence 600TM, Gamry Instruments, Inc., États-Unis). Les tests LPR ont été enregistrés à une fréquence de balayage de 0,125 mV s-1 dans la plage de -5 à 5 mV avec Eocp et une fréquence d'échantillonnage de 1 Hz. L'EIS a été réalisée avec une onde sinusoïdale sur une plage de fréquences de 0,01 à 10 000 Hz, sous une tension de 5 mV à Eocp à l'état stable. Avant le balayage de potentiel, les électrodes étaient en mode veille jusqu'à ce qu'une valeur stable du potentiel de corrosion libre soit atteinte. Les courbes de polarisation ont ensuite été mesurées de -0,2 à 1,5 V en fonction de 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 SiC humide de grain 2000, puis polis à nouveau avec une suspension de poudre d'Al₂O₃ de 0,05 µm pour observation optique. L'analyse métallographique a été réalisée au microscope optique. Les échantillons ont été attaqués avec une solution d'hydroxyde de potassium 43 à 10 % en poids.
Après incubation, les échantillons ont été lavés 3 fois avec du tampon phosphate salin (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) puis fixés avec 2,5 % (v/v) de glutaraldéhyde pendant 10 heures pour fixer les biofilms. Il a ensuite été déshydraté avec de l'éthanol par lots (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % et 100 % en volume) avant séchage à l'air. Enfin, un film d'or est déposé sur la surface de l'échantillon pour fournir une conductivité pour l'observation au MEB. Les images MEB ont été focalisées sur les taches avec les cellules de P. aeruginosa les plus sessiles à la surface de chaque échantillon. Effectuer une analyse EDS pour trouver les éléments chimiques. Un microscope confocal à balayage laser Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Allemagne) a été utilisé pour mesurer la profondeur des piqûres. Pour observer les piqûres de corrosion sous le biofilm, l'échantillon de test 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 de la surface de l'échantillon de test.
L'analyse par spectroscopie de photoélectrons 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 d'une énergie de 1 500 eV et d'une puissance de 150 W) dans une large gamme d'énergies de liaison 0 dans des conditions standard de -1 350 eV. Les spectres haute résolution ont été enregistrés avec une énergie de transmission de 50 eV et un pas de 0,2 eV.
Les échantillons incubés ont été retirés et lavés délicatement avec du PBS (pH 7,4 ± 0,2) pendant 15 s45. Pour observer la viabilité bactérienne des biofilms sur les échantillons, ceux-ci ont été colorés à l'aide du kit de viabilité bactérienne LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Eugene, Oregon, États-Unis). Le kit contient deux colorants fluorescents : le colorant fluorescent vert SYTO-9 et le colorant fluorescent rouge iodure de propidium (IP). En CLSM, les points fluorescents verts et rouges représentent respectivement les cellules vivantes et mortes. Pour la coloration, 1 ml d'un mélange contenant 3 µl de SYTO-9 et 3 µl de solution d'IP a été incubé pendant 20 minutes à température ambiante (23 °C) dans l'obscurité. Ensuite, les échantillons colorés ont été examinés à deux longueurs d'onde (488 nm pour les cellules vivantes et 559 nm pour les cellules mortes) à l'aide d'un appareil Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japon). L'épaisseur du biofilm a été mesurée 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. la science. 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 des solutions de chlorure en présence de thiosulfate. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Fissuration par corrosion sous contrainte de l'acier inoxydable duplex LDX 2101 dans des solutions de chlorure en présence de thiosulfate. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Corrosion de la réparation pour une double installation en acier inoxydable LDX 2101 dans les réserves de chlorure en присутствии thiosulphate. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Fissuration par corrosion sous contrainte de l'acier inoxydable duplex LDX 2101 dans des solutions de chlorure en présence de thiosulfate. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101双相不锈钢在硫代硫酸盐存在下氯化物溶液中的应力腐蚀开裂。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 pour l'acier inoxydable et le sulfate de sulfate. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Corrosion de la corrosion pour une double installation en acier inoxydable LDX 2101 dans la source de chlorure присутствии thiosulphate. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Fissuration par corrosion sous contrainte de l'acier inoxydable duplex LDX 2101 en solution de chlorure en présence de thiosulfate.coros science 80, 205-212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effets du traitement thermique en solution et de l'azote dans le gaz de protection sur la résistance à la corrosion par piqûres des soudures en acier inoxydable hyper duplex. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effets du traitement thermique en solution et de l'azote dans le gaz de protection sur la résistance à la corrosion par piqûres des soudures en acier inoxydable hyper duplex.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS et Park, YS Effet du traitement thermique en solution et de l'azote dans le gaz de protection sur la résistance à la corrosion par piqûres des soudures en acier inoxydable hyperduplex. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS et Park, YS. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS et Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS et Park, YS Effet du traitement thermique 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.koros. la science. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Étude comparative en chimie des piqûres induites microbiennement et électrochimiquement sur l'acier inoxydable 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Étude comparative en chimie des piqûres induites microbiennement et électrochimiquement sur l'acier inoxydable 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. et Lewandowski, Z. Étude chimique comparative des piqûres microbiologiques et électrochimiques de l'acier inoxydable 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. et Lewandowski, Z. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. et Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. et Lewandowski, Z. Étude chimique comparative des piqûres induites microbiologiquement et électrochimiquement dans l'acier inoxydable 316L.koros. la science. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Le comportement électrochimique de l'acier inoxydable duplex 2205 dans des solutions alcalines à pH différent en présence de chlorure. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Le comportement électrochimique de l'acier inoxydable duplex 2205 dans des solutions alcalines à pH différent en présence de chlorure.Luo H., Dong KF, Lee HG et Xiao K. Comportement électrochimique de l'acier inoxydable duplex 2205 dans des solutions alcalines à pH différent en présence de chlorure. Luo, H., Dong, CF, Li, XG et Xiao, K. 2205. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 Comportement électrochimique de l'acier inoxydable en présence de chlorure à différents pH en solution alcaline.Luo H., Dong KF, Lee HG et Xiao K. Comportement électrochimique de l'acier inoxydable duplex 2205 dans des solutions alcalines à pH différent en présence de chlorure.Electrochem. Magazine. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI L'influence des biofilms marins sur la corrosion : une revue concise. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI L'influence des biofilms marins sur la corrosion : une revue concise.Little, BJ, Lee, JS et Ray, RI Effets des biofilms marins sur la corrosion : un bref aperçu. Little, BJ, Lee, JS et Ray, RI. Little, BJ, Lee, JS et Ray, RILittle, BJ, Lee, JS et Ray, RI Effets des biofilms marins sur la corrosion : un bref aperçu.Electrochem. Magazine. 54, 2-7 (2008).