Le béton est le matériau de construction le plus utilisé, car il présente de nombreuses qualités non seulement économiques, mais aussi mécaniques. De plus, le ciment durci est poreux et contient une solution très basique qui protège les aciers. Par ailleurs, les constituants du béton peuvent réagir entre eux pour améliorer ses qualités. Ainsi, par exemple, le ciment réagit avec les granulats pour former une " auréole de transition " qui diminue l'effet de la transition mécanique entre ces deux constituants.
L'attaque par lixiviation :
I- Utilisationdesbétonsdanslesouvragesdes milieux maritimes :
Les bétons sont utilisés pour la réalisation de très nombreux ouvrages situés en site maritime, pour l’aménagement des infrastructures et installations dans les milieux marins de toutes natures : quais, pontons, digues, ducs d’albe, formes.
Ces ouvrages peuvent être coulés en place, à l’air libre ou sous l’eau, ou des produits préfabriqués en béton. Le béton peut être armé (cas le plus courant) ou précontraint (utilisation exceptionnelle en milieu marin).
Ils subissent plusieurs actions :
Corrosion par action des chlorures :
Les phénomènes d'ettringite différée :
C'est la maladie des bétons chauffés. Lors de la prise du ciment, une forte augmentation de la température (soit provoquée par un étuvage par exemple, soit naturelle lors de l'utilisation d'un ciment rapide sur des structures massives en plein été) empêche l'ettringite primaire de se former, mais laisse l'aluminate tricalcique, les sulfates et la chaux disponibles. Ceux-ci réagissent alors quelques années après, si les conditions (humidité, température) sont favorables. Induisant des contraintes internes, ils provoquent la fissuration du béton.
- Attaques et agressions chimiques de l’eau de mer ;
- Impacts mécaniques et physiques des déplacements de l’eau : vagues, houle, courants, variations de niveaux d’eau;
- Agressions liées aux vents, aux taux élevés d’humidité et à l’ensoleillement ;
Egalement, les ouvrages à base de béton sont de grandes dimensions avec des structures souvent complexes, parfois fortement ferraillées, et qui
doivent être
réalisées dans
des conditions de
mise en œuvre difficiles.
Dégradation des bétons armés ou précontraint par la corrosion :
Dans les ouvrages en béton armé et précontraint, les aciers sont normalement protégés contre la corrosion par l’alcalinité du béton : le béton forme un milieu basique où le PH est de l’ordre de 12 et 13. Dans ce milieu, se forme à la surface de l’acier, un film protecteur (Fe2O3CaO); obtenu
par la réaction de la chaux libérée par le ciment et l’oxyde de fer.
Dès que ce milieu passivant est perturbé
(pénétration
d’agents agressifs,
réduction de l’alcalinité de béton), le film protecteur est détruit et la corrosion est déclenchée.
Ainsi, sur les ouvrages en béton armé et précontraint, il y’a deux mécanismes de corrosion
différents :
- Corrosionparcarbonatationdebéton,
- Actiondesionschlorurescontenuesdansl’eaudemeroucertainssolspollués.
Corrosion par carbonatation :
C’est un phénomène de
vieillissement des bétons qui
s’altèrent sous l’action du gaz carbonique de l’air. Ainsi, le gaz carbonique en pénétrant dans le béton, réagit avec la chaux responsable de
l’alcalinité,
ce qui produit du carbonate de calcium suivant la réaction suivante :
Ca(OH)2+ CO2+ H2O→CaCO3+ 2H2O
L’une des conséquences étant
l’abaissement du PH dans les pores et les interstices du béton et la dé-passivation
des armatures.
On relève également
l’importance de l’humidité dans
le processus de détérioration.
La consommation de l’acier s’effectue comme le montre le schéma qui suit:
Vitesse de
corrosion par
carbonatation :
Cette forme de corrosion est généralement lente. Le béton se
carbonate avec une vitesse de 0,1 à 3 cm pour chaque 15 ans en règle générale.
Toutefois, dans certaines situations, la vitesse peut être plus grande.
Facteurs
favorables :
La corrosion par
carbonatation,
bien qu’elle est relativement
lente, peut être intense
en présence de facteurs favorables,
tels que :
- Milieu pollué où la teneur en gaz carbonique est élevée. C’est le cas des sites industriels ou urbains avec la pollution du transport,
- Humidité relative de l’air ou apport d’eau. L’eau joue un rôle important dans le transport et la dissolution du gaz carbonique à l’intérieur du béton. La corrosion est maximale pour une humidité relative de 60%. Elle est quasiment inexistante en milieu sec ou en zone immergée dans l’eau en permanence,
- Qualité du béton d’enrobage et l’épaisseur de ce dernier : un mauvais béton offre une grande facilité à la pénétration du gaz carbonique et de l’humidité.
Corrosion par action des chlorures :
Cette forme de corrosion est spécifique aux environnements marins : Les ouvrages sont en
contact de l’eau de mer ou reçoivent des éclaboussures ou des embruns salins.
En effet, l’eau de mer
est très riche en sels
dissous, dont
les chlorures. La
composition moyenne
en sels d’un litre d’eau de mer est donnée comme suit :
Le
mécanisme de corrosion se passe
comme suit :
- Pénétration des ions Cl- au niveau des armatures. Ces ions sont acheminés à travers les pores et éventuellement, les fissures du béton d’enrobage et ce, sous l’effet de gradient de pression et de concentration,
- Dé-passivation des armatures, lorsque la concentration en ions Cl- dépasse un seuil critique,
- Oxydation des aciers qui commence d’abord ponctuelle et finit par se propager.
Le mécanisme de corrosion par
attaque des chlorures,
est généralement plus
rapide comparativement à celui par carbonatation. Dans certains cas, la corrosion se développe dès les premières années
d’exposition.
Facteurs favorables :
- Qualité du béton d’enrobage et de l’épaisseur de ce dernier : un mauvais béton poreux offre une grande facilité à la pénétration des ions chlorures et à l’humidité. Le temps nécessaire aux ions chlores pour atteindre les aciers est réduit pour une épaisseur d’enrobage faible.
- La nature du ciment : les constituants des ciments comportent des chlorures en concentration variable (eaux de gâchage, adjuvants, granulats, ciment).
- L’exposition des ouvrages aux chlorures : la corrosion est intense pour des ouvrages recevant de l’eau de mer en périodes alternées (fronts de quais, pieux installés dans les bassins) ou recevant les embruns salins(tours de phares, ouvrages à l’arrière port).
Phasage
de dégradation des ouvrages :
En règle générale, on identifie trois phases dans le processus de corrosion :
- Phase incubation : C’est une phase où la carbonatation du béton progresse en profondeur et les agents agressifs pénètrent dans le béton d’enrobage.
- Phase initiation : C’est la phase où la corrosion est initiée : dé-passivation de l’acier,
- Phase propagation : La corrosion continue à consommer les aciers et provoque la fissuration et le décollement du béton sous forme de plaques.
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Processus de détérioration par corrosion depuis la phase
incubation
jusqu’à la destruction de l’ouvrage
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Conséquences de la
corrosion sur les ouvrages :
Tous les
ouvrages métalliques ou en béton armé
et précontraint,
sont concernés par
le phénomène de corrosion. Toutefois,
les ouvrages ne sont pas tous égaux devant ce problème.
En effet, les conséquences sur les ouvrages touchés, dépendent des conditions et de la durée d’exposition et de la qualité de la protection appliquée des aciers (peintures sur les surfaces métalliques, bétons d’enrobage des ouvrages en béton).
Selon les cas, les manifestations sont de diverses formes
:
- Simples salissures de rouilles sur les surfaces,
- Piqures plus ou moins fournies et plus ou moins profondes,
- Fissures plus ou moins ouvertes le long des traces des armatures,
- Décollement de béton de surface,
- Consommation de l’acier plus ou moins intenses.
Ci-dessous, sont données des photos visualisant des manifestations courantes observées sur quelques ouvrages.
Attaques sulfatiques :
Bien que moins courante que la corrosion des aciers, la détérioration des bétons par attaque sulfatique
constitue un phénomène plus destructeur
que la corrosion et les
solutions de réparation d’ouvrages touchés est quasiment inexistantes.
Les sulfates peuvent provenir de deux origines :
- Origine externe: eau de mer, eaux séléniteuses, certains sols (gypses, pyrite), atmosphères polluées,
- Origine interne : granulats, ciments, eau de gâchage.
Mécanisme de
dégradation :
Les sulfates de calcium réagissent avec les composés du ciment (portlandite, aluminate de calcium) pour former des produits expansifs (Etringite).
L’expansion provoque le faïençage des parements de béton, la fissuration et l’éclatement de béton sur des profondeurs plus ou
moins grandes.
La vitesse de développement de l’attaque croit rapidement avec la création des premières
fissures qui favorisent la pénétration des agents agressifs dans
le béton.
Cas particulier de la RSI ( attaque sulfatique interne) :
Cette attaques et produit par la réaction des sulfates provenant des constituants du béton. Le déclenchement
et le développement de cette pathologie, nécessitent
des conditions très particulières, à savoir:
- Un environnement humide,
- Une température élevée de béton (durant la prise à plus de 65°),
- Utilisation d’un ciment riche en alcalins : aluminates et sulfates.
Cette pathologie concerne l’ensemble du béton et non la partie en
surface. Elle est rencontrée le plus souvent sur des ouvrages massifs et des
pièces préfabriquées en béton étuvé ou bétonnées en temps très chaud.
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Manifestation de fissures typique à la réaction sulfurique interne
sur des ouvrages
massifs en béton
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Les phénomènes d'ettringite différée :
C'est la maladie des bétons chauffés. Lors de la prise du ciment, une forte augmentation de la température (soit provoquée par un étuvage par exemple, soit naturelle lors de l'utilisation d'un ciment rapide sur des structures massives en plein été) empêche l'ettringite primaire de se former, mais laisse l'aluminate tricalcique, les sulfates et la chaux disponibles. Ceux-ci réagissent alors quelques années après, si les conditions (humidité, température) sont favorables. Induisant des contraintes internes, ils provoquent la fissuration du béton.
Cas de l’alcali-réaction :
Cette pathologie est connue aussi sous le nom de réaction alcali-granulat,
La réaction se produit en interne du béton
entre les alcalins contenus dans
la pâte du ciment et la silice contenue dans les granulats. Elle a pour effet, de produire un gel expansif qui envahit la structure interne
du béton.
Les anomalies apparaissent après quelques dizaines d’années sous la forme de fissuration en réseau spécifique. Elles réduisent les propriétés
mécaniques du béton et donnent lieu à un gonflement du béton.
Comme la
RSI, l’alcali-réaction nécessite trois conditions pour se déclencher :
- Environnement humide,
- Présence d’alcalins solubles en quantité suffisante,
- Présence de granulats réactifs (issus de roches instables, telles que les granites, gneiss, calcaires, dolomites),
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Structures en
béton affectées par l'alcali-réaction
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Les granulats sont classés suivant leur
réactivité, comme étant :
- Potentiellement réactifs (PR) : c'est-à-dire ayant une réactivité importante,
- Potentiellement réactifs à effet de pessimum (PRP) : s'ils ont une très forte réactivité lorsque leur teneur est dans un certain intervalle,
- Non réactifs (NR) : si leur réactivité est très faible.
Le mécanisme de l'expansion par alcali-réaction est encore mal
élucidé.