La large portée de la corrosion, un problème mondial de plusieurs milliards de dollars, pourrait un jour être considérablement réduit grâce à un nouveau meilleure approche pour prédire comment les métaux réagissent avec l'eau.

Des chercheurs de l'Oregon State University et de l'Université de Californie, Berkeley, ont développé une nouvelle méthode de calcul qui combine deux techniques pour faire des prédictions plus rapidement, moins coûteux et plus efficace.

Les résultats, Publié dans Communication Nature , pourrait avoir un large éventail d'applications, y compris dans la conception de ponts et de moteurs d'avions, qui sont tous deux sensibles à la corrosion.

Tous les métaux, à l'exception des métaux précieux comme l'or et l'argent, réagissent avec l'eau, dit Doug Keszler, professeur distingué de chimie au Collège des sciences de l'État de l'Oregon.

"Nous aimerions prédire les réactions spécifiques des métaux et des combinaisons de métaux avec l'eau et quels sont les produits de ces réactions, par des méthodes de calcul d'abord plutôt que de les déterminer expérimentalement, " dit Keszler, qui est également directeur du Center for Sustainable Materials Chemistry à l'OSU.

Traditionnellement, Keszler a noté, en regardant les métaux dissous dans l'eau, l'hypothèse chimique a été qu'un métal se dissout pour former un simple sel. Ce n'est pas toujours ce qui se passe, toutefois.

"Dans de nombreux cas, il se dissout initialement pour former un amas complexe qui contient de nombreux atomes métalliques, " a-t-il dit. " Nous pouvons maintenant prédire les types de clusters qui existent en solution, améliorant ainsi la compréhension de la dissolution des métaux d'un point de vue informatique."

Étudier les amas aqueux d'oxydes et d'hydroxydes métalliques des éléments du groupe 13 - aluminium, gallium, indium et thallium - les scientifiques ont couplé des calculs de mécanique quantique à une approche "d'additivité de groupe" pour créer des diagrammes de Pourbaix, l'étalon-or pour décrire les espèces métalliques dissoutes dans l'eau.

« En appliquant cette nouvelle approche, on arrive à une évaluation quantitative de la stabilité des amas en fonction du pH et de la concentration, " a déclaré le co-auteur de l'étude Paul Ha-Yeon Cheong, professeur agrégé de chimie à l'OSU.

Comprendre les clusters est essentiel en raison du rôle qu'ils jouent dans les processus chimiques allant de la biominéralisation au dépôt en solution de couches minces pour les applications électroniques. Et caractériser la corrosion découle de la capacité à représenter les phases stables des métaux dans l'eau.

"Si vous concevez un nouvel acier pour un pont, par exemple, vous souhaitez inclure le potentiel de corrosion dans un processus de conception informatique, " dit Keszler. " Ou si vous avez un nouveau métal pour un moteur d'avion, vous aimeriez pouvoir déterminer s'il va se corroder."

Ces exemples ne sont pas simplement hypothétiques. L'été dernier, une compagnie aérienne japonaise a dû remettre à neuf les 100 moteurs Rolls-Royce de sa flotte de Boeing 787 Dreamliner après une série de pannes de moteur causées par la corrosion et la fissuration des aubes de turbine. Les moteurs se vendent 20 millions de dollars chacun.

"La plupart des diagrammes de Pourbaix n'incluent pas ces amas métalliques et, par conséquent, notre compréhension de la dissolution des métaux et de la réaction avec l'eau fait défaut, " a déclaré Kristin A. Persson, co-auteur de l'étude, professeur de science des matériaux à l'UC Berkeley. "Nous avons maintenant découvert un formalisme rapide et précis pour simuler ces clusters dans l'ordinateur, qui transformera nos capacités à prédire comment les métaux réagissent dans l'eau."