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RÉSUMÉ
Le béton armé est le matériau de construction le plus répandu dans le monde. Le processus de corrosion est un phénomène électrochimique qui se produit au sein du béton. Il a lieu à la suite de la carbonatation du béton d'enrobage et/ou de la pénétration des ions chlorures.
Pour améliorer la durabilité des ouvrages en béton armé, il est donc nécessaire d’allonger la période d'amorçage de la corrosion en utilisant des bétons peu perméables et un enrobage suffisant. Les méthodes de diagnostic des ouvrages permettent de quantifier l’état de dégradation dû à la corrosion.
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Bruno CAPRA : Agrégé de Génie Civil - Docteur de l’École Normale Supérieure de Cachan - Responsable Scientifique, OXAND (Avon, France)
INTRODUCTION
Le béton armé est aujourd'hui le matériau de construction le plus répandu dans le monde. Si le béton a la capacité d'empêcher la corrosion des armatures, encore faut-il connaître à quelles conditions.
La corrosion des armatures a lieu à la suite de la carbonatation du béton d'enrobage et/ou de la pénétration des ions chlorures. Le processus de corrosion est un phénomène électrochimique qui se produit au sein du béton. La détérioration se déroule en deux étapes :
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dans la première phase, dite d'« amorçage », l'acier est protégé initialement par l'alcalinité élevée de la solution interstitielle régnant à l'intérieur du béton : il se forme une couche passive mince d'oxydes protecteurs. La carbonatation du béton, en diminuant le pH et/ou une quantité suffisante d'ions chlorures, peut détruire cette passivité et amorcer la deuxième étape ;
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dans la seconde phase, se fait la propagation de la corrosion. L'apport d'oxygène, et surtout l'humidité ambiante, contrôlent alors la vitesse de corrosion.
La propagation de la corrosion conduit progressivement à la formation de fissures et au décollement du béton d'enrobage. Pour améliorer la durabilité des ouvrages en béton armé, il faut autant que possible allonger la période d'amorçage en utilisant des bétons compacts et peu perméables (en présence de chlorures, les ajouts de laitiers, de cendres volantes ou de fumées de silice peuvent être bénéfiques). Il faut également que l'épaisseur d'enrobage soit suffisante. Le respect de la réglementation actuelle (normes européennes), ou d'approches de types performantielles, permettent de viser une durée de vie donnée. Des modèles numériques permettent de pronostiquer des durées de périodes d'amorçage, ainsi que des vitesses de développement de la corrosion avec prise en compte des incertitudes.
Les méthodes de diagnostic des ouvrages permettent de quantifier, par croisement de différentes techniques, l'état de dégradation dû à la corrosion. Selon l'état d'avancement des dommages, des mesures préventives, de réhabilitation, voire de remplacement, seront mises en œuvre afin de garantir la sécurité de l'ouvrage ou, le cas échéant, sa requalification dans le cadre d'un programme de maintenance.
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Mécanismes de corrosion des aciers
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2. Deux étapes de corrosion des aciers : incubation et propagation
Les manifestations visibles de la corrosion d'un ouvrage (tâches de rouilles, fissurations, armatures apparentes corrodées, éclatements de béton) sont les conséquences de réactions chimiques endogènes qui ont commencé bien avant que les désordres ne soient apparents.
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Incubation et propagation : le déroulement
On distingue schématiquement, et successivement, deux phases dans le développement de la corrosion.
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Une période d'amorçage, dite aussi « période dormante », d'« incubation » ou d'« initiation », durant laquelle la stabilité du système, constitué par l'armature métallique noyée dans la matrice cimentaire du béton, décroît progressivement et durant laquelle se créent les conditions favorables au développement de la corrosion.
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Une période de propagation durant laquelle on observe, en premier lieu, la formation de produits issus de la corrosion de l'armature. Les phénomènes électrochimiques de corrosion (cf. § 3), conduisent à la formation d'oxydes et d'hydroxydes de volumes supérieurs à celui de l'acier sain (figure 1). Ces produits entraînent des contraintes qui peuvent provoquer une fissuration parallèle aux aciers qui diminue l'adhérence acier/béton, ainsi que l'éclatement du béton d'enrobage (formation d'épaufrures). Les désordres créés nuisent à l'aspect esthétique des ouvrages, mais contribuent aussi à affaiblir les résistances mécaniques.
La corrosion conduit également à une diminution de la section des armatures, homogène dans le cas de la carbonatation, ou par piqûres (profondes) dans le cas d'une attaque par les ions chlorures. De manière conservative, on considère généralement que la capacité fonctionnelle de l'ouvrage est entamée...
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - LAFERRIERE (F.) - Surveillance des ouvrages de génie civil par capteurs à fibres optiques : capteurs d'ions chlore - École Polytechnique Fédérale de Lausanne, 159 p., Lausanne, Suisse (2005).
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(3) - ESTES (A.C.), FRANGOPOL (D.M.) - Updating Bridge Reliability Based on Bridge Management Systems Visual Inspection Results - Journal of Bridge Engineering, ASCE, pp. 374-382 (2003).
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(5) - CUSSON (D.), ISGOR (B.) - Durability of concrete structures : prevention, evaluation, inspection, repair and prediction, National Research Council Canada, NRCC-46624 - Canada (2004).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Standard Test Method for half-cell potentials of uncoated reinforcing steel concrete, ASTM Standard, section 4, vol. 04.02, Cement and Aggregates. - ASTM C876-91 - 1999
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Norme européenne : béton – Partie 1 : Spécifications, performances, production et conformité, AFNOR, et Dispositions Nationales. - EN 206-1 - jan. 2000
-
Norme Européenne : Eurocode 2 : Calcul des structures en béton et Document d'application nationale, AFNOR. - EN 1992-1 - déc. 2004
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