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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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6. Notion d'états-limites et de durée de vie
En général, lorsque l’on parle de durée de vie d’un ouvrage, on considère la période durant laquelle la structure assure son niveau de service requis sous chargement normal et avec une maintenance courante (on ne considère ici que les éléments structuraux).
Nous avons vu que la dégradation des ouvrages en béton par la corrosion peut être décrite selon deux étapes : la période d’incubation puis la période de propagation. Généralement, la durée de vie des ouvrages est définie comme étant égale à la période d’incubation. C’est une approche sécuritaire (conservative) car lorsque la phase de propagation démarre avec les premiers sites corrodés, la structure possède encore une marge de sécurité importante.
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Notions d'états-limites
Cette durée de vie est donc à considérer comme la fin de vie « nominale » de l'ouvrage, sachant que celui-ci est calculé avec des marges de sécurité (approches semi-probabilistes des règlements aux états limites modernes). Après la phase d'incubation, on peut distinguer deux états limites de durabilité (voir Nota) :
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États-limites de service (ELS) de durabilité : les conséquences d'un dépassement de cet état limite sont, en général, uniquement économiques (perte financière due à une interruption de service temporaire de la structure, coûts de remise en fonctionnement) ;
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États-limites ultimes (ELU) de durabilité : les conséquences d'un dépassement de cet état limite peuvent être graves vis-à-vis de la sécurité (chutes de morceaux de béton, perte de capacité portante qui peuvent mettre en danger les usagers de l'ouvrage).
Nota :Contrairement aux états limites qui concernent le dimensionnement, les deux états limites définis ici n’existent pas à l’heure actuelle dans les textes normatifs.
Les variabilités intrinsèques aux matériaux, à l'environnement et aux sollicitations ne permettent pas de définir de manière déterministe des durées de vie exactes. La prise en compte de l'aléa par l'intermédiaire de différentes variables permet, par une approche probabiliste, de définir une durée de vie réalisable avec une sécurité...
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BIBLIOGRAPHIE
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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
-
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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