Combined geochemical and electrochemical methodology to quantify corrosion of carbon steel by bacterial activity

Abstract

The availability of respiratory substrates, such as H2 and Fe(II,III) solid corrosion products within nuclear waste repository, will sustain the activities of hydrogen-oxidizing bacteria (HOB) and iron-reducing bacteria (IRB). This may have a direct effect on the rate of carbon steel corrosion. This study investigates the effects of Shewanella oneidensis (an HOB and IRB model organism) on the corrosion rate by looking at carbon steel dissolution in the presence of H2 as the sole electron donor. Bacterial effect is evaluated by means of geochemical and electrochemical techniques. Both showed that the corrosion rate is enhanced by a factor of 2-3 in the presence of bacteria. The geochemical experiments indicated that the composition and crystallinity of the solid corrosion products (magnetite and vivianite) are modified by bacteria. Moreover, the electrochemical experiments evidenced that the bacterial activity can be stimulated when H2 is generated in a small confinement volume. In this case, a higher corrosion rate and mineralization (vivianite) on the carbon steel surface were observed. The results suggest that the mechanism likely to influence the corrosion rate is the bioreduction of Fe(III) from magnetite coupled to the H2 oxidation.

Microbial corrosion of metallic materials in a deep nuclear-waste repository

“…Tento typ redukce může být jednoznačně prokázán pomocí tvorby vivianitu Fe 3 (PO 4 ) 2 •8(H 2 O) [22].…”

Effet des bactéries sur la corrosion d’un acier en contexte nucléaire : caractérisation par une approche multi-techniques (microscopie optique,μRaman et MEB-EDS)

“…Concernant l'étude des bactéries métabolisant le fer, Ashassi-Sorkhabi et al [13] ontétudié l'influence des IOB sur la corrosion des aciers au carbone et ont montré que ces souches accroissent les vitesses de corrosion. D'autres auteurs [14,15] ont rapporté l'effet des IRB dans la corrosion des aciers au carbone. S'agissant des IOB, les auteurs ne proposent pas de mécanismes ni aucune réaction pour expliquer l'accroissement des vitesses de corrosion des aciers au carbone quand les bactéries IOB sont impliquées.…”

“…L'augmentation de la corrosion viendrait du fait que les IRB conduisentà la réduction dissimilatrice du Fe(III) en Fe(II) (par contact direct bactéries-oxydes, transfert d'électrons par substances organiques exogènes du milieu ou par le biais des pili des bactéries, appelés (( nanowires ))) des films d'oxydes et d'oxy-hydroxydes formés en surface du métal et de la solubilisation subséquente de ces films. Ainsi, la surface métallique se trouve davantage exposée au milieu corrosif ce qui accélère sa corrosion [14,15]. Les bactéries IRB sont capables de créer des zones anaérobies qui peuvent favoriser la croissance de bactéries SRB quand ces dernières sont aussi présentes dans le consortium bactérien.…”

“…Les bactéries IRB sont capables de créer des zones anaérobies qui peuvent favoriser la croissance de bactéries SRB quand ces dernières sont aussi présentes dans le consortium bactérien. Au contraire, les bactéries IRB peuvent conduireà une inhibition de la corrosion [14,15] quand les exopolysaccharides (EPS) des biofilms formés par certaines souches IRB empêchent la dissolution des produits de corrosion de Fe 2+ . Dans ce cas, les EPS agissent comme une barrière entre le métal et son environnement [16].…”

“…Ces conditions ontété choisies pour simuler la période aérée qui intervient lors de la fermeture des dispositifs de stockage des déchets nucléaires, juste avant la période transitoire oxique-anoxique et la période anoxique définitive. Les bactéries ajoutées ontété choisies pour etre représentatives des groupes métaboliques présents en milieu géologique profond [4,10,15] : SRB, IRB, IOB, bactéries sulfo-oxydantes (SOB) et des (( souches formant des biofilms )) n'ayant elles aucune activité de type SRB, IRB, IOB ou SOB [17,18].…”