20ème Colloque « Le Pont » Le 14 et 15 octobre 2015

La gestion des ouvrages d’art d’hier et de demain

1ère partie : LE BILAN DES 2O ANS PASSES

En matière de technologie de lutte contre la corrosion

Guy Taché (CEFRACOR)

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Corrosion des armatures

• Encore la principale cause de dégradation des ouvrages et des bâtiments

• Réparations coûteuses, parfois compliquées

• Origines principales : chlorures (milieu marin, sels de déverglaçage), enrobages et carbonatation (bâtiment)

• Colloque Le pont 2012 : description du mécanisme

• Colloque Le Pont 2013: protection cathodique

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Plan de l’exposéLE BILAN DES 2O ANS PASSES

En matière de technologie de lutte contre la corrosion

• Le présent : ce que l’on sait

• La corrosion: où? Exemples

• Retour dans l’histoire de la prévention de la corrosion des armatures: histoire des concepts, des règlements,

• Avancées technologiques. Moyens de prévention: inhibiteurs, aciers spéciaux (inox), protection cathodique et galvanique

• Améliorer la durabilité: ouvrages de haute durabilité, modélisation

• Conclusions: ce qu’il reste à faire

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Ce que l’on sait

• Protection à la fois physique, chimique et électrochimique (notion de passivité): caractéristiques du béton et chimie.

• Etapes: progression, amorçage (dépassivation), croissance

• Mécanismes:

Carbonatation

Chlorures

• Paramètres fondamentaux

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Paramètres fondamentaux: règles simples et maintenant bien connues

• Qualité du béton

• Enrobage

• <> environnement

• Notions qui ne se sont imposées que lentement

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Carbonatation

• Mécanisme connu

• Propagation = f(t) : complexe (t ½)

• Détermination de la profondeur de carbonatation (in situ)

• On ne sait pas: Mesurer le pH in situ, de manière non destructive

• Rapporter toujours à des enrobages

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Chlorures

• Origine : milieu marin et sels de déverglaçage

• Pénétration : plusieurs modèles

• Dépassivation : complexe (pas seulement « pitting»)

• Existe-t-il une teneur limite en chlorures ? Probablement pas de valeur unique car les paramètres sont nombreux

• Signification ?

• Croissance ?

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LA CORROSION – Où ?

• Bâtiment• Bâtiments industriels• Milieu marin : structures portuaires• Génie civil : courant électrique, réservoirs d’eau (potable, usée)

• Ouvrages d’art• Canalisations en béton armé• Ouvrages historiques classés et anciens

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Bâtiment

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Préoccupations de la profession: garantie décennale, variations dimensionnelles, aspectPeu de sensibilisation à la durabilité

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Bâtiments industriels

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Milieu marin

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Génie Civil Electricité

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AéroréfrigérantPoste de transformation

Poteaux supports de ligne

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Parkings sels de déverglaçage

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Rupture fragile

de l’acier HLE

Béton précontraint

Réservoirs d’eau potable

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Documentation Freyssinet 20ème Colloque « Le Pont » 23

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Documentation Freyssinet

Assainissement

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Prédalles précontraintes

Barrages

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Uniquement en partie émergée

Ouvrages d’art

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B.Godart

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Infiltrations de sels de déverglaçage

Pont « neuf » de Villeneuve sur lot

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Canalisations en béton armé eau potableSels de déverglaçage

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Monuments historiques,ouvrages anciens

• Retour vers le passé…..

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• Chatellerault Pont Camille de Hogues 1899

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Eglise Saint-Jean-l’évangéliste Montmartre1894-1904 Anatole de Baudot

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La Tourette Le Corbusier

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Royan

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Tour Perret Grenoble

20ème Colloque « Le Pont » 40photos LRMH

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- Très grande confiance dans la protection apportée par le béton, Le béton sert de liant aux armatures, (Hennebique, Coignet,…)

- Empêcher la pénétration de l’eau jusqu’aux armatures : béton étanche

Comment a été abordée la protection des armaturesretour en arrièrePréoccupations

• Revue « Le béton armé » (Hennebique)

• 1901 « durée sans limites milieu humide et oxydant (enterré) »

• 1904 « durée presque infinie, si le béton n’a subi aucune altération »

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• - Progressivement prise de conscience de l’importance de:

la qualité du béton (nature du ciment, dosage)

l’enrobage

Années 1950-1960: mise en évidence de la nature électrochimique de la corrosion des armatures (Haussman), de l’alcalinité du milieu, de l’influence des chlorures

Règlements

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Date Référence Enrobage Composition du béton

Avant 1906 - - -

1906 Commission du béton armé: circulaire

Mettre lesarmatures à l’abri des intempéries: 15-20 mm

-

1928 Projet de règlementsur les constructions en béton armé

- Dosage mini

1934 Instructions relatives à l’emploi du BA dans les ouvrages dépendant du ministère des TP

35 mm ouvrages à la mer20 mm autres ouvrage

Caractéristiques mécaniques et physiques

1906

1928

1934

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Béton à la mer

• 1921

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Date Référence Enrobage Composition du béton

1948 BA 45 Travaux du ministère de la Reconstruction ….

Au moins 2 cm de béton

1960 BA 60 (texte DTU) Bâtiment Agressif: cahier des charges2 cm non exposé aux intempéries1 cm autres cas

1964-----1968 Fascicule 61CCBA 68

4 cm ouvrages à la mer2 cm autres1 cm locaux couverts

1973-1980 Fascicule 73BAEL 80

4 cm très agressif3 cm agressif2 cm condensations1 cm locaux couverts

2004 EN 206, Eurocode 2 Classes d’environnement

id

Le béton• Qualité EN 206: classes d’exposition

• Mise en œuvre: rajout d’eau interdit, vibration,….

• Approche performantielle

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Aujourd’hui

EnrobageEN 1992-1-1 Eurocode 2

TechnologieMoyens supplémentaires de protection

• Inhibiteurs

• Aciers inox

• Protection Cathodique

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Inhibiteurs pour le béton armé

• « Substance chimique ajoutée au système de corrosion à une concentration choisie pour son efficacité, et qui entraîne une diminution de la vitesse de corrosion sans modifier de manière significative la concentration d’aucun agent corrosif contenu dans le milieu agressif. »

• Incorporés dans le béton: ont besoin d’être efficaces lorsque la corrosion s’amorce, après…….20 à 50 ans, au bon endroit…..

• En réparation : appoint dans les zones où la corrosion ne s’est pas encore amorcée.

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Inhibiteurs

• Application sur béton en complément à la réparation

• Uniquement carbonatation

• Molécules « actives »: amino alcool, glycero phosphate, mono fluorophosphate

• Sika, Lanko, MCI

• Application après reconstitution du parement (sauf MCI)

• Contrôles : essais préalables (consommation), détection de la présence, éventuellement analyses

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Inhibiteurs pour le béton arméReste à faire

• Stabilité et performances à long terme

• Effet sur la propagation de la corrosion

• Evaluation de l’efficacité (labo, site)

• Influence de la concentration

• Augmenter le retour d’expérience

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Photo Lanko

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Aciers inoxydablesDéfinition

• – Chrome: plus de 10,5 % en poids ;

• – Carbone : moins de 1,2 % en poids ;

• – Fer : le complément.

• Autres additions : le nickel, le molybdène, le titane, le silicium, etc.

20ème Colloque « Le Pont »

Différentes nuances vis-à-vis de la corrosion,Ancienneté dans l’industrie: apparus en 1920-1930Nuances Béton armé Duplex : 1,4362 (1,4462: milieux très exposés, 1,4062 moins exposé)

Composition chimique des aciers duplex

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1,4062 1,4362 1,4462

Cr 21,5-24 22-24 21-23

Mo 0,1-1 0,1-0,6 2,5-3,5

Ni 1,0-2,8 3,5-5,5 4,5-6,5

Acier duplex 1,4362

• Adhérence, résistance, assemblage cf T81

• Couples galvaniques, fragilisation H2

• Applications: localisation: zones exposées, à faible enrobage

• Avantages: diminution des enrobages : Λ C dur, st

• Pour S4 : diminution de 5 à 20 mm selon la classe d’exposition

• Freins: ingénierie (inox pas intégrés dans l’Eurocode 2)

• Economie: cher à l’achat, prix du Ni fluctuant donc Duplex

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Documentation Ugigrip

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Cim béton T 81 Béton armé d’inoxLe choix de la durée

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• guide méthodologique CEREMA- IFSTTAR en cours de rédaction

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Protection cathodique du béton armé : deux méthodes

• Courant imposé

• Anodes galvaniques

Historique de la PCappliquée au béton armé

• 1946 B. HEUZE Canalisations enterrées en BA

• 1960 D.A. HAUSMAN Premières études fondamentales

• 1970 R.F. STRATFULL Bases technologiques sur OA

• 1970-1980 Ouvrages offshore

• 1980- Bâtiment, génie civil, ouvrages d’art

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La normalisation en protection cathodique pour le béton armé

• NF EN ISO 12696 (Avril 2012):Protection cathodique de l'acier dans le béton

• FD CEN/TS 14038-1 (Janvier 2005)> norme - Ré-alcalinisation électrochimique et traitements d'extraction des chlorures applicables au béton armé – Partie 1 : ré-alcalinisation

• FD CEN/TS 14038 (Février 2011)- Partie 2 : Extraction des chlorures

63JST 2013

Principales applicationsde la Protection Cathodique

• Ouvrages d’art : Courant imposé (pont des Favrants, de Noirmoutier), cellules galvaniques sur les tabliers (ouvrages de la SAPRR), zinc projeté (Viaducs de Roissy)

• Structures en mer : courant imposé (Appontements de Montoir, terminal méthanier de Fos),

• Parkings, les silos de stockage de sel de déverglaçage (Courant imposé : Saint Aignan),

• Structures de Génie Civil (piscines d’eau de mer),

• Bâtiments (façades) : courant imposé avec revêtements conducteurs ou fils, cellules galvaniques zinc )

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Autres applications dans le monde entier

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Anodes galvaniques: zinc projeté, collé, anodes en réseau

Protection cathodique du béton armé en 15 points

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1. Pas de problèmes théoriques (densité de courant de 0,2 à 20 mA/m² d’armature)

2. La corrosion est stoppée dès l’application du courant, même en milieu fortement chloruré

3. La technique traite toutes les zones à risque et ne se limite pas aux zones dégradées

4. Recul important (prévention ou protection cathodique)5. Une norme bien en place (NF EN ISO 12696 revue en 2012)

6. Plusieurs techniques (courant imposé et anodes galvaniques)

7. Critères reconnus et validés (Courant imposé), adaptés (anodes galvaniques), béton précontraint

8. Efficacité évaluée dans de nombreux pays et de nombreuses situations (en France ?)

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9. Activité spécialisée pluridisciplinaire nécessitant descompétences dans les domaines du génie civil / structure /béton, combinée à une expertise de la protection cathodique

10. Gestion de la qualité rigoureuse pour assurer un contrôleadéquat (application des revêtements, délaminations), lestests (ajustement des critère) et la documentation de chaqueétape des travaux

11. Suivi nécessaire avec retour opérationnel (procédures,protocoles)

12. Durabilité: câbles, connections, électrodes de référence

13. Avantages environnementaux (durée, bruits, matériaux,…)

14. Certification du personnel en marche

15. Coût initial important. Prendre en compte le suivi, la durée de vie ….

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Curatif: Protection cathodique et galvanique

• Courant imposé : recul important. Problèmes technologiques à résoudre, durabilité des équipements, maintenance.

• Anodes galvaniques: recul plus faible, nécessité d’études à la conception, et de contrôles

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Certification PC béton armé• Elle concerne :

• La maitrise d’œuvre (choix de la méthode, conception, dimensionnement)

• Les entreprises (mise en œuvre)

• Les bureaux de contrôle

• Mais aussi les maitres d’ouvrages (publics ou privés), car le système doit pouvoir être préconisé, puis être contrôlé pendant sa vie effective

Elle est prévue dans la norme NF EN ISO 12696

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Certification PC béton armé

• Certification CFPC lancée niveau 1 (opérateurs sur chantier):

3 sessions (2014-2015) (INSA Toulouse)

• 23 agents certifiés

• 1 Session en 2016

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Améliorer la durabilité des ouvrages en béton armé

• Modélisation

• Approche performantielle, Indicateurs de durabilité

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Modélisation• Objectifs : comprendre et prévoir le comportement des ouvrages et d’en

déduire des stratégies de dimensionnement ou de réparation,

• Qui: mécaniciens, spécialistes des transferts, électrochimistes

Amorçage de la corrosion: transferts dans la porosité du béton des Cl et du CO2 en utilisant un critère d’amorçage

Temps d’apparition des fissures induites par la corrosion (modèles mécaniques)

Courant de corrosion pour obtenir une perte de section

Zones de corrosion

Couplage phénomènes de transport et phénomènes électrochimiques

Mécanique en prenant en compte la couche de corrosion (module élastique, coefficient de Poisson)

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ModélisationDifficultés

• Corrosion non uniforme (espace, temps)

• Validation des lois de l’électrochimie

• Données d’entrée variables

• ………

• Projets en cours

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Approche performantielle

• Démarche prédictive basée sur la notion d’indicateurs de durabilité (>100 ans)

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• Visée dans EN 206, EN 1992-1-1

• 6 étapes

1- durée d’utilisation du projet

2- Conditions environnementales

3- Sélection des indicateurs de durabilité

4- Formulation des bétons, épreuves d’étude

5- Réalisation des épreuves et validation des performances

6- Point zéro et suivi

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Principaux indicateurs de corrosion

Porosité

Perméabilité aux gaz

Coefficient de diffusion des chlorures

• + mesures de résistivité

• Limites: variabilité, point zéro (méthodes), références, coût et durée des études,…..

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Bilan• 100 ans pour aboutir à des règles ne prenant pas seulement en compte la

mécanique• Très nombreuses études ces 20 dernières années• Tous les aspects explorés• Retour d’expérience fort, bétons et enrobages adaptés à l’environnement afin

d’optimiser la durabilité des ouvrages, harmonisation des règlements

• Outils pour :

Environnements très agressifs,Enrobages très faibles,Impossibilité de béton de bonne qualité,Nécessité d’une garantie de longue durée de vie,Difficultés de maintenance.

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Ce qu’il reste à faire

• Chlorures: Pas de valeur unique procédures de tests, variabilité (temps, espace),

• Aciers inox, armatures « synthétiques »

• Protection PC organisation de la profession (sélection des méthodes, prescription, maitrise d’œuvre, mise en place, contrôles), anodes galvaniques, prévention cathodique

• Diagnostic méthodologie, méthodes non destructives, surveillance et suivi

• Modélisation à développer

• Nouveaux liants ??? Impacts sur la durabilité

• Prévention: formation sensibilisation application sur chantier (bâtiment)

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Remerciements

• Wilfried Pillard (FFB)

• Michel Donadio (Sika)

• Guillaume Lieusaint (Lanko)

• Olivier Jourdan (Ugitech)

• Jean Pierre Belmont (Arminox)

• Christian Tourmeur (Freyssinet)

• Myriam Bouichou et Elisabeth Marie Victoire (LRMH)

• Thierry Chaussadent (IFSTTAR)

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20ème Colloque « Le Pont » Le 14 et 15 octobre 2015

La gestion des ouvrages d’art d’hier et de demain

1ère partie : LE BILAN DES 2O ANS PASSES

En matière de technologie de lutte contre la corrosion

Guy Taché (CEFRACOR)

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