Élaboration, caractérisation et optimisation par plan d’expériences de phosphates de : calcium apatitiques substitués au silicium comme inhibiteurs écocompatibles de la corrosion de l’acier au carbone en milieu chloruré

Le Doyen de la Faculté des Sciences et Techniques de Béni Mellal porte à la connaissance du public que Monsieur Abderrahmane TALFANA, soutiendra une thèse de Doctorat intitulée : « Élaboration, caractérisation et optimisation par plan d’expériences de phosphates de : calcium apatitiques substitués au silicium comme inhibiteurs écocompatibles de la corrosion de l’acier au carbone en milieu chloruré».

La soutenance publique aura lieu le Samedi 19 Décembre 2026 à 10h00 à l'Amphi de Conférences, Faculté des Sciences et Techniques, Université Sultan Moulay Slimane, Béni Mellal, devant le jury composé de :

• Monsieur Mohamed EBN TOUHAMI : Professeur, Faculté des Sciences, Université Ibn Tofail, Kenitra, Maroc, Président ;

• Monsieur Charaf LAGHLIMI : Maître de Conférence Habilité, Faculté des Sciences et Techniques, Université Abdelmalek Essaadi, Tétouan, Maroc, Rapporteur ;

• Monsieur Adil ABOULKAS : Professeur, Faculté des Sciences Appliquées, Université Sultan Moulay Slimane, Béni Mellal, Maroc, Rapporteur ;

• Monsieur Mustapha OUBELALI : Maître de Conférence Habilité, Faculté des Sciences et Techniques, Université Sultan Moulay Slimane, Béni Mellal, Maroc, Rapporteur ;

• Madame Nadia DKHIRECH : Maître de Conférence Habilité, Faculté des Sciences, Université Ibn Tofail, Kenitra, Maroc, Examinatrice ;

• Monsieur Issam FORSAL: Professeur, Ecole Supérieure de Technologie, Université Sultan Moulay Slimane, Béni Mellal, Maroc, Directeur de thèse .

Résumé:

Le présent travail porte sur le développement et l’optimisation statistique d’un inhibiteur de corrosion écologique à base d’hydroxyapatite substituée au silicium (Si-HA), destiné à la protection de l’acier au carbone dans une solution saline de NaCl à 3,5 %. La Si-HA a été synthétisée par une voie de précipitation durable, en valorisant les coquilles d’œufs de pintade de la région de Tagzirt (Béni Mellal) comme précurseur naturel d’oxyde de calcium (CaO). Les analyses de caractérisation structurale par diffraction des rayons X (DRX), spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et microscopie électronique à balayage couplée à l’analyse EDS (MEB/EDS) ont confirmé l’obtention d’une phase apatitique sans phase secondaire cristalline détectable, validant l'insertion des groupements silicates SiO44- et l'apparition de lacunes hydroxyles compensatrices dans le réseau cristallin.

L’optimisation des performances d’inhibition de la corrosion a été réalisée à l’aide d’un plan d’expériences Box–Behnken (BBD) couplé à la méthodologie des surfaces de réponse (RSM). Le modèle quadratique obtenu s’est révélé hautement significatif (p < 0,0001) et a présenté une excellente qualité d’ajustement ainsi qu’une forte capacité prédictive, avec des coefficients statistiques élevés (R² = 0,9938 ; R²ajusté = 0,9865 ; R²prédit = 0,9665), tandis que le défaut d’ajustement est resté statistiquement non significatif. L'optimisation multicritère a permis d'établir les conditions opératoires optimales suivantes : échantillon d'hydroxyapatite monosubstituée (Si1-HA), concentration de 150 ppm, température de 293 K et temps d'immersion de 0,5 h, conduisant à une efficacité inhibitrice expérimentale de 98 %, en très bon accord avec l’efficacité prédictive de 97,44 %.

Dans ces conditions optimales, les essais électrochimiques révèlent une amélioration exceptionnelle de la résistance face à l’attaque corrosive. La densité de courant de corrosion (icorr) chute drastiquement de 452 μA·cm⁻² à seulement 9,04 μA·cm⁻², tandis que la résistance de transfert de charge interfaciale (Rct) s'accroît de manière spectaculaire, passant de 175,84 à 7622,8 Ω·cm². Le faible déplacement du potentiel de corrosion (ΔEcorr ≈ 50 mV) indique que la Si-HA agit selon un mécanisme d’inhibition de type mixte. La modélisation des spectres d'impédance (EIS) confirme la formation d'un film passivant compact et isolant, matérialisé par une baisse majeure de la capacité de la double couche électrique (Cdl) de 102,63 à 19,76 μF·cm⁻², consécutive au remplacement des molécules d'eau interfaciales par les particules d'apatites silicatées Si-HA adsorbées.

L’étude des isothermes d’adsorption révèle que le comportement du matériau suit de manière optimale l’isotherme de Freundlich (R² = 0,996). Cette adsorption spontanée s’effectue sur des sites énergétiquement hétérogènes, une propriété induite par les distorsions structurales locales liées à la substitution silicatée. En somme, ces résultats démontrent que la Si1-HA issue de la biomasse locale constitue un inhibiteur de corrosion rapide, hautement efficace et écologique, offrant de solides perspectives industrielles pour la protection durable des aciers en milieu chloruré.

Mots clés: Acier au carbone ; Corrosion ; Inhibiteur ; Polarisation potentiodynamique ; Apatite silicatée ; Méthodologie des surfaces de réponse.