PROJET DE FIN D’ETUDES -...

INSA de Strasbourg Spécialité Génie Civil

PROJET DE FIN D’ETUDES

Inspection, Diagnostic et confortement d’ouvrages

Réalisation d’un guide

« Pathologies – Réparations – Coûts »

BARBIER Simon Elève-ingénieur de 5ème année

Projet de Fin d’Etudes – BARBIER Simon – 2012

Inspection, diagnostic et confortement d’ouvrages – Réalisation d’un guide « Pathologies – Réparations – Coûts »

Page 1

SOMMAIRE REMERCIEMENTS ................................................................................................................ 2 INTRODUCTION .................................................................................................................... 3 1. PRESENTATION DE L’ENTREPRISE ....................................................................... 4

1.1. Le groupe GINGER et le CEBTP .............................................................................. 4 1.2. Le secteur « Pathologies/Structures » ........................................................................ 5

2. LE DIAGNOSTIC DES PATHOLOGIES DES MATERIAUX ................................. 6 2.1. La définition d’un programme de reconnaissance adapté.......................................... 6 2.2. L’organisation et la préparation de l’investigation .................................................... 6 2.3. Réalisation des relevés, mesures et essais.................................................................. 7 2.4. Le dépouillement et l’analyse des résultats obtenus .................................................. 7 2.5. La rédaction du rapport de diagnostic ........................................................................ 8 2.6. Les études complémentaires au diagnostic ................................................................ 8

3. PATHOLOGIES DES MATERIAUX RENCONTREES ............................................ 9 3.1. Deux catégories de pathologies.................................................................................. 9 3.2. Propriétés liées à la durabilité des matériaux de construction ................................. 10 3.3. Les pathologies rencontrées lors des missions de diagnostic................................... 18 3.4. Les autres pathologies existantes des matériaux ...................................................... 28

4. REPARATIONS, TRAITEMENTS OU CONFORTEMENTS ................................ 42 4.1. Le béton.................................................................................................................... 42 4.2. La maçonnerie .......................................................................................................... 44 4.3. Les matériaux métalliques........................................................................................ 46 4.4. Le bois ...................................................................................................................... 48

5. GUIDE « PATHOLOGIES – REPARATIONS – COUTS » ..................................... 54 5.1. Présentation du projet de guide et objectifs ............................................................. 54 5.2. Inventaire des pathologies et des désordres associés ............................................... 56 5.3. Description technique des pathologies et des réparations possibles ........................ 59 5.4. Estimation financière des travaux de réparation ...................................................... 60

CONCLUSION ....................................................................................................................... 64 MISSIONS REALISEES EN AGENCE .............................................................................. 65 BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................. 67

ANNEXES

� Annexe 1 : Guide « Pathologies - Réparations - Coûts »

� Annexe 2 : Rapport de diagnostic de la Caserne Rabier-Pelleport, Sarrebourg (57)

� Annexe 3 : Rapport de diagnostic de la dalle des essoreuses des Salins du Midi,

Varangéville (54)



Page 2

REMERCIEMENTS Tout d’abord, je tiens à remercier toutes les personnes qui ont participé au bon déroulement de ce projet de fin d’études, en particulier :

• Jean-Michel ROUQUET, directeur de la région Est et directeur de l’agence d’Hœnheim de GINGER CEBTP pour m’avoir accueilli dans la structure Pathologie / Structure de l’agence et m’avoir suivi jusqu’à son départ de l’entreprise,

• Lucien Daniel ANDRIAMITANTSOA, directeur de l’agence GINGER CEBTP d’Hœnheim depuis le 1er mai 2012, pour son encadrement en fin de projet,

• Julien NINET et Lorry-Alan MOALIC , chargés d’affaires en Pathologies des matériaux, structure et essais, pour leur encadrement, leurs conseils et connaissances techniques tout au long de ce projet,

• Mélissa SCHWARTZ, Isabelle GUIDI-GABRIELLI , Pierre-Olivier SEDRATI , Geoffrey ADAM et Amar BELHADJ pour leurs réponses à mes curiosités diverses sur le fonctionnement de l’entreprise ou sur des questions techniques,

• Emmanuelle CANINO, Hélène BARBIER, Jean-Michel CUCALON, Mathieu FAILLE, Christian ESTEVEN et Frédéric LEFEBVRE (autres agences du groupe ou pôles spécialisés) pour leur coopération technique sur ce projet,

• Monsieur MARTZ , professeur à l’INSA de Strasbourg, pour le suivi et l’encadrement de ce projet vis-à-vis de l’école.



Page 3

INTRODUCTION Les ouvrages et infrastructures existants incarnent une valeur économique que l’on se doit de maintenir. Les problématiques d’espace et de protection de l’environnement ont également leur importance dans les choix du « neuf » ou de la « réhabilitation ». Dans une logique de gestion économique, l’idée est par conséquent d’exploiter au maximum le potentiel du patrimoine existant. Cependant, les paramètres du risque structurel et de la stabilité de l’ouvrage dans le temps se doivent également de trouver leur place dans l’équation. Là où les constructions neuves sont justifiées par le calcul vis-à-vis de règlements structuraux, les ouvrages anciens, quant à eux, présentent une complexité dans la justification des charges ou autres capacités portantes. C’est dans ce cadre qu’intervient le diagnostic de l’ouvrage, qui permet alors de statuer sur l’état de sa structure, de ses matériaux constitutifs et de sa stabilité globale. Diagnostiquer ou étudier un ouvrage consiste à repérer ses défauts ou désordres, mais également à retracer sa conception (historique du bâtiment, rénovations, agrandissements, etc.) et à comprendre les choix faits à l’époque par rapport à celle-ci. Un tel projet mobilise donc énormément de compétences différentes touchant à des domaines techniques variés. En effet, des notions de structure, de propriétés des matériaux ou encore l’analyse du milieu extérieur et de l’utilisation de l’ouvrage sont indispensables pour mener un projet de diagnostic.



Page 4

1. PRESENTATION DE L’ENTREPRISE

1.1. Le groupe GINGER et le CEBTP Le groupe GINGER (Groupe Ingénierie Europe) est depuis peu une filiale du groupe GRONTMIJ, basé aux Pays-Bas. Cette entité regroupe 300 agences à travers l’Europe et dégage un chiffre d’affaires de près de 1 milliard d’euros grâce à ses quelques 9000 collaborateurs. Cette fusion entre GINGER et GRONTMIJ a permis de former le 4ème groupe européen d’ingénierie. Le groupe GINGER, quant à lui, participe à hauteur de 30 % du chiffre d’affaires de GRONTMIJ et se décompose en quatre branches, comme illustré sur le schéma suivant.

Figure 1 : Branches du groupe GINGER

GINGER CEBTP fait partie de la branche « Expertise » de GINGER. Cette entité à été créée dès 1933 à travers le Laboratoire du Bâtiment et des Travaux Publics (Paris) qui fût renommé en 1953 en Centre d’Expérimentation du Bâtiment et des Travaux Publics (CEBTP) et placé sous la responsabilité de la Fédération Française du Bâtiment (FFB). Le CEBTP, alors sous cette forme se développe sur le territoire national en différentes agences avant d’être racheté par Ginger en juin 1997. Le groupe SOLEN, spécialisé dans les études géotechniques et les essais en laboratoire est également racheté en 2002 par Ginger pour fusionner un an après avec le CEBTP (création de CEBTP - SOLEN). Pour des questions d’image, cette filiale du groupe a ensuite été renommée pour devenir GINGER CEBTP. Cette entité regroupe au total environ 900 personnes dont 660 ingénieurs et techniciens à travers la quarantaine d’agences en France. Ces agences sont organisées selon 9 pôles régionaux, dont l’agence de Strasbourg fait partie.



Page 5

1.2. Le secteur « Pathologies/Structures » Le secteur « Pathologies / Structures » du groupe GINGER est un domaine d’activité de GINGER CEBTP au même titre que les études géotechniques et les instrumentations et essais en laboratoire. Il propose aux clients une expertise d’un ouvrage ou d’une structure vis-à-vis de l’état des matériaux, l’état structurel de l’ouvrage ou encore sa capacité à recevoir un nouveau type d’exploitation (réhabilitation). Ces projets peuvent donc prendre part dans des missions de diagnostic ou des études de faisabilité de projet. GINGER CEBTP peut également intervenir dans le cadre d’expertises judiciaires pour fournir à l’étude des résultats objectifs sur les problèmes de l’ouvrage, de façon à pouvoir mettre en évidence la ou les causes du problème et ainsi pouvoir aider l’expertise à définir les responsabilités des différentes entreprises ou personnes concernées. Ce secteur d’activité peut donc traiter dans l’absolu tout type d’ouvrage (structure, matériaux, environnement, etc.) ainsi que tout désordre présent sur celui-ci (fissuration, altération au feu, gros œuvre, second œuvre, etc.). Les compétences sont donc très diverses au sein du groupe. Celui-ci s’articule d’ailleurs autour de pôles spécialisés selon les différents matériaux (Service Bois, Service Maçonnerie et Monuments Historiques, etc.) ou les domaines techniques (Pôle Chimie des matériaux par exemple) afin de pouvoir créer une synergie des connaissances au sein du groupe. Par ce biais, les chargés d’affaires au sein des agences peuvent, selon la nécessité et la complexité de la mission, faire appel à ces services comme appui technique ou validation de la mission par relecture technique. Cependant, le fonctionnement de ces différents pôles et services est assimilable à de la sous-traitance interne et instaure parfois par ce biais une limitation de la communication et de la transmission des connaissances.



Page 6

2. LE DIAGNOSTIC DES PATHOLOGIES DES MATERIAUX Les pathologies des matériaux sont des phénomènes qui peuvent devenir très dangereux pour la pérennité d’un ouvrage. Les déceler au plus tôt, à défaut de les empêcher par une quelconque méthode préventive, est donc l’enjeu des missions de diagnostic. Ce diagnostic nécessite quant à lui une méthodologie qui est finalement assez semblable au domaine médical (analyse des symptômes, détection de la maladie, mise en place d’un traitement curatif et/ou préventif en fonction de la gravité de la situation).

2.1. La définition d’un programme de reconnaissance adapté La première étape, au stade administratif de l’établissement d’un devis ou d’une réponse à un appel d’offres, consiste à étudier précisément la demande du client et de prendre connaissance du contexte du projet. Le plus souvent, une visite sur place est réalisée afin de collecter un maximum d’informations sur les structures concernées et de repérer les désordres évidents (corrosion, colonisation biologique, éléments ruinés, etc.). Cette étape permet alors de réaliser une présélection des pathologies possibles et ainsi de répondre à la demande du client par un programme d’investigation adapté à la situation. En effet, dans le cas du diagnostic dans l’usine des Salins du Midi à Varangéville, le milieu extérieur chargé en composés chlorés a conduit le chargé d’affaires à orienter les investigations sur la recherche de pathologies liées à cette espèce chimique. Il a donc proposé au client des analyses de teneurs en chlorures sur des prélèvements de béton ainsi qu’une analyse microstructurale et chimique du béton.

2.2. L’organisation et la préparation de l’investigation La seconde étape intervient après réception de la commande de la part du client. L’investigation sur site doit alors être préparée pour qu’elle se déroule au mieux. Il faut donc prévoir le matériel et les moyens humains nécessaires pour l’intervention sur place en tenant compte des objectifs de la mission. Le matériel adapté doit être prévu en fonction des difficultés d’accès (charpentes, sous-sols, zones techniques, etc.). Les essais et les prélèvements doivent être localisés sur plans avant l’intervention sur site afin de répondre à la proposition transmise au client et dans le but de mettre en évidence les phénomènes pathologiques suspectés. Les investigations doivent donc concerner les zones caractéristiques et représentatives de l’ouvrage. La qualité des résultats en laboratoire et par suite des conclusions du diagnostic dépendent des zones de prélèvements et des essais in situ, d’où l’importance de cette étape.



Page 7

2.3. Réalisation des relevés, mesures et essais La troisième étape comporte l’ensemble des investigations sur site ainsi que les essais et analyses réalisés en laboratoire. Les travaux effectués in situ peuvent comporter, selon la situation rencontrée :

� Une inspection visuelle pour un relevé exhaustif des désordres, � Une inspection visuelle poussée pour déterminer certaines pathologies, � Une campagne d’auscultation ultrasonique pour caractériser l’homogénéité et la

qualité du matériau, � Une reconnaissance de ferraillage par détection magnétique des armatures ou par

sondages destructifs ponctuels, � Des tests de dureté sur pièces de bois, � Un test de carbonatation des bétons par projection de solution de phénolphtaléine sur

un éclat frais de béton, � Des prélèvements de matériau (carottes, échantillons de bois ou autres) pour

déterminer ses caractéristiques physiques, chimiques, microstructurales et mécaniques, � Prélèvements de sources potentielles de pathologies (eau, échantillons de dépôts,

autres prélèvements du milieu extérieur) pour analyse en laboratoire. Les résultats ainsi obtenus sont la base de l’étude de diagnostic et des étapes suivantes. Bien entendu, l’ensemble des essais in situ ou en laboratoire se doivent de respecter les différents règlements et normes d’essais en vigueur.

2.4. Le dépouillement et l’analyse des résultats obtenus Le dépouillement et l’analyse des résultats obtenus est l’étape cruciale de la mission. Elle consiste à corréler les divers résultats et de recouper les différents essais. L’analyse des rapports des laboratoires de chimie, le dépouillement des campagnes d’auscultation ou de reconnaissance de ferraillage nous permet de conclure au niveau de la qualité des matériaux considérés et parfois détecter les pathologies. Par exemple, la présence d’ettringite secondaire comprimée sur le site de l’usine des Salins du Midi a été mise en évidence par l’analyse au microscope électronique à balayage (cf. paragraphe 3.3.2.3.). La prise en compte d’un maximum d’informations est nécessaire pour s’assurer de la fiabilité du diagnostic réalisé. En effet, la combinaison de résultats macroscopiques, microscopiques et chimiques est bien souvent utile pour prouver l’existence d’une pathologie ou au contraire son absence. L’objectif de cette étape est de conclure sur la présence ou non de pathologies suspectées avant l’investigation.



Page 8

2.5. La rédaction du rapport de diagnostic Une fois l’analyse et le dépouillement des essais effectués, il est nécessaire de consigner les résultats et les conclusions dans le rapport de diagnostic à destination du client. Ce document doit, à partir de nos investigations, mettre en évidence la présence ou l’absence des pathologies possibles par le biais des résultats d’essais et d’analyses. Ce rapport doit également permettre d’expliquer les phénomènes pathologiques au client et ainsi détecter les causes probables de ceux-ci. Enfin, le rapport de diagnostic doit aussi traiter de la gravité des désordres rencontrés et ainsi émettre un avis sur la pérennité de l’ouvrage et/ou la nécessité de travaux de réparation. Ce document est le résultat de la mission et traduit la qualité de celle-ci aux yeux du client. Il est donc primordial d’y apporter clarté, lisibilité et synthèse. Il doit également présenter des conclusions claires pour un non-spécialiste.

2.6. Les études complémentaires au diagnostic Certaines missions demandent, en plus d’un diagnostic de l’ouvrage, une étude sur la faisabilité d’un projet (réhabilitation, changement de type de charges d’exploitation, réutilisation du bâtiment, etc.). Ces études peuvent alors faire l’objet de notes de calculs par le biais de vérifications de la structure vis-à-vis des règlementations en vigueur. Les résultats obtenus doivent toutefois être pris avec précaution puisque les calculs se basent bien souvent sur une structure virtuelle qui ne tient pas compte de l’altération des matériaux. Les résultats des calculs supposent donc que les réparations ont eu lieu avant la vérifications structurelle, qu’elles ont effectivement fonctionné et qu’elles assurent la pérennité de l’ouvrage en ce sens. D’autres missions nécessitent une estimation financière des travaux de réparation et/ou de confortement, avec une finesse variable en fonction de l’avancement du projet. La démarche est alors légèrement différente selon les cas. En effet, une première estimation sera tout d’abord basée sur des prix de réparation rencontrés lors de précédentes affaires de maîtrise d’œuvre au sein de l’agence ou ailleurs. Si le client souhaite une estimation plus précise, une démarche auprès des entreprises travaux sera amorcée afin d’avoir des prix adaptés au mieux au projet considéré.



Page 9

3. PATHOLOGIES DES MATERIAUX RENCONTREES

3.1. Deux catégories de pathologies Tout d’abord, il est important de différencier les pathologies liées au matériau de celles liées au fonctionnement mécanique de la structure. En effet, même si elles peuvent conduire à des désordres du même ordre (fissuration par exemple) ou bien mener toutes les deux à la ruine de l’ouvrage dans un cas extrême, leurs causes et les phénomènes mis en jeu sont tout à fait différents. Les matériaux de construction sont, pendant la durée de vie de l’ouvrage, en contact avec son environnement extérieur et tous les paramètres que ce dernier comporte. Que ce soit au niveau du sol, de l’air ou de l’eau, d’un point de vue chimique, physique ou biologique, le milieu extérieur interagit « naturellement » avec le matériau de structure. Il résulte alors de ces déséquilibres des échanges entre le matériau et l’environnement extérieur pouvant conduire à des formes d’altérations plus ou moins virulentes dans le temps. Comprendre les phénomènes pathologiques mis en jeu nécessite d’abord de connaître le matériau et surtout ses propriétés intrinsèques liées à sa durabilité . Il est donc important d’apprécier par exemple sa résistance aux intrusions (porosité, densité, capillarité, état de surface, etc.), son attirance vis-à-vis des espèces vivantes (comestibilité, composés nutritifs, etc.) ou encore sa structure microscopique (cohésion, organisation de la matière). Les réactions physiques, chimiques et mécaniques prenant part aux divers phénomènes pathologiques s’expliquent par ces propriétés propres à chaque matériau. La figure suivante illustre la différence des deux types de pathologies pouvant se développer sur un ouvrage ainsi que l’influence du milieu extérieur dans le développement de désordres ou altérations.

Figure 2 : Vision schématique du développement de pathologies



Page 10

3.2. Propriétés liées à la durabilité des matériaux de construction Le développement de pathologies associées aux matériaux s’avère étroitement lié aux propriétés intrinsèques de ceux-ci.

3.2.1. Le béton Le béton possède énormément d’avantages grâce à sa bonne résistance à la compression et à sa capacité à s’adapter à quasiment toutes les géométries. Néanmoins il n’en reste pas moins vulnérable au cours du temps vis-à-vis d’attaques externes ou internes. Certaines propriétés propres au béton, comme le phénomène d’hydratation du ciment, la porosité du matériau ou encore sa résistance au gel permettent d’expliquer certaines faiblesses du matériau quant à sa durabilité.

3.2.1.1.Hydratation du ciment Les propriétés physiques et mécaniques du béton sont très étroitement liées à l’hydratation du ciment. De plus, la chimie des composés formés lors de cette phase rentre en compte dans les potentielles réactions ultérieures et certaines altérations du béton. Le ciment à base de clinker contient généralement 50 à 70 % de silicate tricalcique (C3S), 10 à 30 % de silicate bicalcique (C2S), 2 à 15 % d’aluminate tricalcique (C3A) et 5 à 15 % de ferro-aluminate tétracalcique (C4AF). Du gypse (CaSO4), à hauteur de 3 à 5 %, est incorporé au moment du broyage des billes de clinker. Remarque : Les composés C, S, A et F correspondent en réalité respectivement à de la chaux (CaO), de la silice (SiO2), de l’alumine (Al2O3) et de l’oxyde ferrique (Fe2O3). Les principales réactions d’hydratation du clinker sont les suivantes :

• Pour le C3S : 2 C3S + 6 H2O �� CSH + 3 Ca(OH)2 • Pour le C2S : 2 C2S + 4 H2O �� CSH + Ca(OH)2 • Pour le C3A : 2 C3A + 6 H2O �� C3A, H6

La Portlandite (Ca(OH)2) formée lors de l’hydratation du ciment est le composé qui apporte le caractère basique au béton. Un dosage minimal en ciment semble donc logique pour assurer une protection des armatures vis-à-vis des diverses agressions relativement acides, entrainant leur corrosion. Le gypse réagit également avec le C3A pour former d’une part du mono sulfo-aluminate de calcium et d’autre part de l’ettringite. La formation de ce dernier composé n’est pas dangereuse vis-à-vis de la durabilité du béton si elle a lieu durant le phénomène de prise. On parle alors d’ettringite primaire. Cette réaction nécessite une quantité d’eau relativement importante ainsi qu’une température assez élevée pour avoir lieu, comme le montre la réaction suivante :

C3A + 3 CaSO4 + 26 H2O � C3A(CaSO4)3H32



Page 11

3.2.1.2.Porosité - compacité La porosité représente l’une des caractéristiques majeures du béton. Elle influence les propriétés physiques et mécaniques (résistance, retrait, fluage...) mais également celles liées à la durabilité comme la carbonatation, la tenue au gel ou encore la pénétration d’agents agressifs (chlorures, sulfates, etc.). La mesure de la porosité s’appuie sur le rapport du volume des vides ouverts (accessibles à l’eau) au volume correspondant de béton. La qualité du béton peut être directement estimée vis-à-vis de sa porosité. Le tableau suivant, extrait de la norme NF P 18-459, nous donne quelques idées sur ce point.

Porosité Qualité du béton

< 17 % Bonne 17 % - 21 % Moyenne

> 21 % Mauvaise Tableau 1 : Estimation de la qualité d'un béton vis-à-vis de sa porosité (Source : NF P 18-459)

Par ailleurs, la porosité a trois origines distinctes. Tout d’abord, l’hydratation du ciment conduit à la formation de pores fins au niveau des hydrates (produits de la réaction d’hydratation). Deuxièmement, des bulles d’air sont piégées dans le béton au moment de la mise en œuvre. Cette forme de porosité est réelle mais reste limitée par le vibrage (1 à 2 % dans les bétons courants). Enfin, la dernière forme de porosité s’explique par l’évaporation de l’excès d’eau dans le béton. Cette évaporation forme la plus grande part de la porosité d’un béton (50 à 60 % de la porosité totale). Le dosage E/C (rapport Eau sur Ciment) est donc très important vis-à-vis de la porosité ou la compacité finale d’un béton. La figure suivante illustre la première et la dernière cause de porosité énoncées ci-dessus.

Figure 3 : Vue microscopique des pores du béton (Source : [1])



Page 12

3.2.1.3.Résistance au gel

Certains ouvrages sont exposés à l’action du gel. Cette dernière, étroitement liée à la porosité du matériau peut avoir des conséquences sur la durabilité des bétons, et ce sur deux points. La première action du gel se situe sur la dégradation des liaisons cimentaires intergranulaires autours des pores où de l’eau peut être piégée et se transformer en glace. L’augmentation de volume entrainée par le changement d’état de l’eau induit des tensions internes dans le matériau et par suite une dégradation de celui-ci en surface. La deuxième action du gel, qui fait d’ailleurs suite à la première, consiste à faciliter et à accélérer l’intrusion et la saturation des pores par des agents agressifs comme par exemple des sels de déverglaçage. Ainsi, la durabilité des bétons vis-à-vis des cycles gel/dégel est influencée par la compacité du béton (pour limiter la présence de vides ouverts), la quantité et la répartition de l’air entrainé lors du malaxage (création d’un réseau de bulles d’air non connectées par incorporation d’un adjuvant adapté) et enfin la qualité des granulats (granulats non gélifs, c’est-à-dire suffisamment résistants aux cycles gel/dégel). Les bétons conçus pour résister aux attaques gel/dégel doivent être, selon la norme NF EN 206-1, de classe d’exposition XF1 à XF4.

3.2.2. La maçonnerie La maçonnerie est un matériau tout à fait particulier puisqu’elle est constituée de blocs organisés liés par un liant visqueux et malléable lors de sa mise en œuvre. D’autre part, ce procédé de construction allie à la fois matériaux complètement naturels (moellons, pierre de taille) et élaborés par l’Homme (briques, blocs agglomérés, mortiers et autre liants comme la chaux). Ces particularités, comparées à la structure métallique ou au béton, donnent à ce matériau des propriétés multiples et des comportements variés.

3.2.2.1.La pierre naturelle Toutes les pierres naturelles ne réagissent pas de la même façon aux contraintes environnementales. La forme et l’intensité des altérations dépendent également de certaines propriétés intrinsèques de la pierre. Tout d’abord, les propriétés mécaniques des pierres diffèrent suivant leur nature (roches sédimentaires, métamorphiques, volcaniques, etc.). Ainsi, dans la construction, les soubassements des ouvrages sont réalisés à l’aide d’un matériau plus compact afin



Page 13

d’augmenter sa densité, sa dureté de surface et sa porosité. Tous ces aspects permettent de limiter les remontées capillaires du sol, de garantir une bonne résistance mécanique ainsi qu’à l’érosion et l’abrasion. Les parties sus-jacentes du bâti sont généralement constituées de pierres plus tendres et potentiellement plus vulnérables aux attaques du milieu extérieur. La composition chimique et minéralogique de la pierre peut, quant à elle, favoriser le développement des certaines altérations. Les pierres calcaires, par exemple, sont plus solubles que les pierres silicatées (granite, grès, etc.). Par ailleurs, les molasses présentent une certaine quantité d’argiles gonflantes selon l’hygrométrie. Ce paramètre rend la pierre plus tendre et vulnérable aux changements brusques d’hygrométrie par cycles de retrait/gonflement (dilatation hydrique). Les marbres sont, eux par contre, sensibles aux gradients thermiques. Les déformations thermiques peuvent même conduire à une fracturation de la pierre si les contraintes développées lors d’une élévation de température sont trop importantes. La texture des pierres, corrélée à leur nature et leur composition, peut aussi avoir un rôle sur la forme des dégradations observées. En règle générale, plus les grains constitutifs ont une taille importante, plus la pierre est altérable. En effet, à porosités et compositions égales, les liaisons inter particulaires sont moins nombreuses, la cohésion de la roche est plus faible et l’action des agents agressifs dans les zones inter granulaires est beaucoup plus efficace. La porosité des pierres est un facteur prépondérant par rapport au déclenchement et à la cinétique d’une altération. En effet, une faible porosité constitue déjà une barrière naturelle à l’infiltration et la pénétration d’agents agressifs. Elle limite également la capacité de saturation de la roche en eau, qui peut être préjudiciable par rapport aux cycles gel/dégel et à la dissolution de constitutifs de la roche. Une roche très poreuse, au contraire, facilite la pénétration d’eau et d’agents agressifs en profondeur, ce qui conduit à une vitesse d’altération souvent bien plus importante. Enfin, la pierre possède également des propriétés de transfert (porosité, granulométrie, connexions des pores, etc.) qui influent sur la cinétique d’évaporation et/ou de la circulation de l’eau dans la roche ainsi que sur la perméabilité à la vapeur d’eau. En effet, à porosité égale dans un même mur, une pierre constituée de gros pores mal connectés entre eux, dans lesquels les processus de capillarité sont faibles, sera beaucoup moins imbibée par les eaux de pluie qu’une pierre microporeuse très capillaire.

3.2.2.2.Les briques et autres matériaux issus de process industriels Les briques peuvent être utilisées à la place des pierres naturelles. Elles sont généralement constituées à 90 % d’argile rouge et à 10 % d’argile verte. Ces blocs sont confectionnés à l’état humide puis séchés durant plusieurs dizaines d’heures avant d’être cuits aux alentours de 900°C pendant une trentaine d’heures.



Page 14

La brique étant généralement un produit inerte et épuré des principales sources de réactions chimiques différées, les altérations sont limitées, comparées à celles affectant les pierres naturelles. De plus, la phase de cuisson apporte à la brique une dureté superficielle importante ainsi qu’une densité superficielle agissant comme une barrière aux agressions extérieures. Sa faible rugosité de surface lui permet également de résister à l’intrusion de polluants atmosphériques ou organismes biologiques. Cependant, les zones très exposées à l’humidité ou au vent peuvent subir une érosion à terme et donc perdre les caractéristiques protectrices de surface. Les blocs de béton agglomérés se rapprochent plus du béton que de la pierre naturelle du fait de sa composition minéralogique, chimique et de sa texture granulaire. Ils ne seront donc pas abordés dans ce point puisque les potentiels désordres s’apparentent plus à ceux du béton qu’à la maçonnerie de pierres naturelles.

3.2.2.3.Les joints de maçonnerie Le jointoiement est également une part importante de la maçonnerie, et ce sur plusieurs points. En effet, il permet de donner à la structure maçonnée un comportement monolithique au même titre que le béton (association de granulats et d’un liant). La composition chimique du jointoiement diffère selon son mode d’élaboration et la manière qu’il a de faire prise lors de sa mise en œuvre. On peut en effet trouver des joints réalisés à base de chaux aérienne (à base de calcaire pur), hydraulique (à base de calcaire argileux) ou même magnésienne (à base d’un mélange de calcaire et de carbonate de magnésium). D’autres joints sont réalisés à l’aide de mortier de ciment. Ces différences induisent des phénomènes de prise divers et surtout une composition chimique qui peut interagir avec la pierre naturelle ou la brique voisine. Ainsi, le choix du type de joint peut avoir des conséquences sur le déclenchement ou la gravité d’une altération dans le temps. La porosité et la perméabilité à la vapeur d’eau des joints de maçonnerie sont également deux facteurs importants pour éviter tout désordre dû à une rétention d’eau dans les murs maçonnés.

3.2.3. Les matériaux métalliques Les matériaux métalliques produits actuellement tiennent compte des différents problèmes ou désordres rencontrés selon les divers retours d’expérience. Cependant, certains ouvrages encore en exploitation (ponts, charpentes métalliques, etc.) sont constitués d’anciens matériaux métalliques comme le fer puddlé ou certains aciers issus des premiers procédés d’élaboration. Ces derniers ont subi une amélioration continue au fil du temps en fonction des désordres relevés ou encore des nouvelles techniques d’assemblage (types de soudures



Page 15

notamment). La fonte ne sera pas abordée ici, du fait de la disparition des ouvrages basés sur ce métal.

3.2.3.1.Le fer puddlé Le fer puddlé était obtenu à partir de la fonte après brassage (puddlage, to puddle en anglais). L’affinage de la fonte était réalisé afin d’obtenir la composition chimique suivante :

- Carbone : 0,01 % - Manganèse : 0,02 % - Phosphore : 0,2 % - Soufre : 0,05 % - Silicium : 0,2 %

Le fer puddlé se caractérise par une structure métallographique de type ferritique (solution solide de fer α) présentant une densité variable d’inclusions parallèles au sens du laminage. Ces inclusions (oxydes de fer, silicium, phosphore) entrainent des discontinuités dans la matrice ferritique et donne au matériau un aspect lamellaire. La figure suivante illustre cette structure métallographique lamellaire du fer puddlé.

Figure 4 : Métallographie sur fer puddlé x140 (Source : [1])

Les caractéristiques mécaniques de ces fers sont assez hétérogènes :

- Limite d’élasticité (E) : 230 à 300 MPa, - Charge de rupture (R) : 260 à 400 MPa, - Allongement (A) : 10 à 20 % (sens de laminage), sensiblement nul (sens travers).

3.2.3.2.Les aciers Bessemer, Martin et Thomas

La forte demande d’acier au milieu du XIXème siècle avec le développement du chemin de fer a conduit à l’amélioration des procédés d’élaboration. Henry Bessemer réussit à produire de



Page 16

l’acier de façon industrielle en insufflant de l’air à travers la fonte liquide. Cette étape provoque la combustion des « impuretés » telles que le carbone et le silicium. L’emploi du procédé Bessemer était cependant limité par l’obligation de n’utiliser que des fontes très pures, faute de quoi l’acier obtenu était cassant à chaud et à froid. Le procédé Martin, beaucoup plus lent (6 heures environ), permettait d’obtenir des aciers de meilleure qualité. Il était basé sur l’affinage de l’acier par échanges avec le laitier oxydant. L’exploitation du minerai lorrain riche en phosphore nécessita la mise au point du procédé Thomas-Gilchrist (1877). Ce procédé fût quelques temps après amélioré avec l’insufflation d’air enrichi en oxygène dans le convertisseur.

3.2.3.3.Caractéristiques métallurgiques des aciers anciens Les aciers de construction sont des alliages fer - carbone dont les teneurs en carbone sont variables selon le mode d’élaboration et la nuance recherchée. Des impuretés sont aussi présentes telles que le phosphore, le soufre et l’azote et n’ont pas pu être éliminées à l’élaboration. La structure métallographique de ces aciers est de type ferrite - perlite souvent à grains grossiers correspondant à un refroidissement non contrôlé. Les taux de nickel, de chrome et de cuivre rentrent également en compte pour caractériser le mode d’élaboration. Le phosphore est un élément fragilisant en abaissant fortement la résilience des produits bruts de laminage. La chute de résilience (non déformabilité), sous l’effet des teneurs élevées en phosphore, est beaucoup plus importante pour les produits Thomas que pour les produits Martin. Elle est surtout accentuée au-delà de 0,07 % de phosphore. Finalement, le manque de déformabilité entrainé par les impuretés peut être préjudiciable, notamment vis-à-vis des chocs ou des traitements thermiques incluant des efforts de retrait importants.

3.2.4. Le bois De tous les matériaux utilisés dans la construction, le bois est le seul qui soit régulièrement et naturellement renouvelable. Il se distingue des autres notamment par son caractère anisotropique (c’est-à-dire n’ayant pas les mêmes caractéristiques dans les trois dimensions de l’espace), qui s’explique par son développement et donc sa structure anatomique. Sa durabilité naturelle est très liée aux pathologies particulières du matériau bois.

3.2.4.1. Structure anatomique du bois Le bois croît en formant chaque année des cernes. Les derniers nouvellement formés constituent un premier tissu appelé aubier. Ce tissu est clair, peu dense, nutritif et perméable, ce qui le rend peu résistant aux agents biologiques.



Page 17

Par ailleurs, un autre tissu appelé bois parfait va se former à partir des cernes les plus anciens et peut être sous deux formes. La première ressemble à celle de l’aubier et ne se différencie d’ailleurs pas de ce dernier au niveau de ses propriétés. Le deuxième aspect possible est celui d’un tissu plus foncé, appelé bois duraminisé ou duramen. Ce tissu a la propriété de s’être transformé physiquement, de par l’obturation de vaisseaux de ponctuations (conduisant les nutriments dans les parties jeunes du bois). Il se transforme également chimiquement en acquérant du calcium et de la silice, mais également des substances antiseptiques naturelles (alcaloïdes, tannins) protégeant l’essence contre les agents biologiques. Le duramen a donc des propriétés bien plus intéressantes du point de vue de la construction, puisqu’il est plus dense et non imprégnable (par l’eau par exemple) par rapport aux autres tissus. Le bois comporte plusieurs composés chimiques parmi eux la cellulose et la lignine qui sont d’ailleurs à la base des attaques par les champignons et les insectes. La figure suivante nous décrit dans les grandes lignes les proportions des différents composants de ce matériau d’origine naturelle.

Figure 5 : Composition chimique globale du bois (source [3])

3.2.4.2.Durabilité du bois La durabilité du bois s’explique grâce à plusieurs phénomènes. Ses propriétés physiques, sa production d’agents « protecteurs » ou au contraire sa vulnérabilité vis-à-vis des insectes xylophages et des champignons sont autant de facteurs influençant la durabilité naturelle du bois :

• Comestibilité du bois Certaines parties du bois contiennent des éléments nutritifs pour le développement de nouvelles cellules et donc sa croissance. La cellulose, glucide contenu dans les parois cellulaires, est par exemple une substance nutritive pour les larves des insectes xylophages. L’amidon quant-à-lui, présent dans les aubiers, permet le développement des champignons de



Page 18

discoloration comme les agents de bleuissement ainsi que les larves de Lyctus (surtout dans les feuilles riches en amidon). Cette « comestibilité » s’estompe au fil du temps pour quasiment disparaître (dans le bois parfait). Même s’il reste toujours vulnérable vis-à-vis des champignons ou de certains insectes (Vrillettes, Termites), il devient beaucoup moins attractif pour d’autres insectes comme le Capricorne des maisons par exemple.

• Résistance due à l’anatomie du bois La composition microscopique du bois permet également d’expliquer sa durabilité vis-à-vis de l’intrusion d’agents biologiques (insectes, champignons). Concernant les essences résineuses, le torus (partie centrale) peut obturer les ponctuations lors du séchage du bois, ce qui rend le passage des filaments mycéliens (des champignons) impossible. Du côté des feuillus, les vaisseaux sont de la même façon obturés lors du séchage du bois par les thylles qui proviennent des cellules voisines. Dans certains cas, la taille de ces vaisseaux est même suffisamment faible (inférieure à 0,05 µm) pour empêcher la ponte d’œufs et par suite la naissance de nouvelles larves (comme le Lyctus par exemple).

• Résistance physique La principale caractéristique physique du bois ayant une influence sur sa durabilité est sa pénétrabilité, c’est-à-dire sa capacité d’absorption d’eau. Ce facteur est directement lié à la possibilité d’un développement de champignons au sein du bois. La forme, la taille, la disposition des cellules sur le plan ligneux, leurs interactions (ponctuations) et la teneur en cellulose (très hydrophile) sont des facteurs importants. D’une manière générale, quasiment tous les aubiers sont perméables et absorbent l’eau facilement. De plus, pour les essences résineuses, le bois final (partie du bois la plus ancienne) est souvent plus perméable que le bois initial. Du côté des feuillus, le duramen, caractérisé par l’obturation des vaisseaux qui assurent la reprise d’eau, est bien entendu plus résistant du point de vue de la perméabilité.

• Formation du duramen et production de biocides naturels Comme vu précédemment, le duramen est la partie du bois la plus durable et la mieux protégée vis-à-vis de l’environnement extérieur. Ceci s’explique par sa densité plus élevée, l’obturation des divers vaisseaux ou autres porosités, ainsi que par la production de biocides naturels (substances toxiques pour les agents biologiques). Ces substances sont de quatre types : les polyphénols (toxiques pour les bactéries, champignons et insectes), les terpènoïdes, les tropolones et les tannins (particulièrement adaptés pour lutter contre les champignons lignivores).

3.3. Les pathologies rencontrées lors des missions de diagnostic

3.3.1. La Brasserie METEOR à Hochfelden (67) Une mission de diagnostic de l’état de dégradation de certaines parties de la structure (dalles, poteaux, poutres) a été réalisée sur le site de la brasserie METEOR à Hochfelden (67). L’usine accueille toute les étapes de la fabrication des bières de cette marque, jusqu’à l’embouteillage et l’enfûtage. Ce diagnostic a mis en évidence un certain nombre de pathologies sur les structures en béton armé. Ces dernières sont détaillées ci-après.



Page 19

3.3.1.1.La carbonatation des bétons Des mesures du front de carbonatation ont été réalisées sur certaines zones caractéristiques et représentatives de la structure. Cette carbonatation des bétons est produite par la réaction du gaz carbonique (CO2) avec les composés CSH et avec la Portlandite, responsable du caractère basique du béton. Les produits de la réaction font abaisser le pH général du béton jusqu'à ce qu’il ne puisse plus protéger les aciers d’armature contre la corrosion. Ces essais visent à déterminer la profondeur de la protection des aciers d’armature (par la basicité du béton). La détermination du front de carbonatation est simplement effectuée par la projection d’une solution de phénolphtaléine sur un éclat frais de béton (ou des carottes prélevées sur place) pour déterminer le pH des différentes parties de béton. La figure suivante nous montre que les 9 mm en surface ont un pH inférieur à 9 (non coloration de la solution test) alors que le béton en profondeur a conservé une basicité suffisante pour protéger les armatures contre le phénomène de corrosion.

Figure 6 : Mesure du front de carbonatation sur un éclat de béton (Brasserie METEOR, 2012)

Dans notre cas, l’état de carbonatation des bétons des poteaux de la cave de garde était convenable (front de carbonatation de l’ordre de 1 à 2 cm par rapport à un enrobage d’environ 4 cm), bien que la pièce contienne un taux de CO2 globalement plus élevé que la moyenne (pour la conservation des produits en cave). D’autres mesures au niveau de planchers ont révélé des états de carbonatation plus conséquents (correspondant à des distances semblables aux épaisseurs d’enrobage).

3.3.1.2.La lixiviation Une autre pathologie a été relevée dans la cave de garde. En effet, le dallage était dégradé par endroits de façon caractéristique et traduisant un phénomène de lixiviation. Ce mécanisme chimique se matérialise par un lessivage de la matrice cimentaire par un fluide agressif (acide par exemple) le plus souvent en mouvement. Cette pathologie est aussi parfois rencontrée dans des canalisations d’assainissement en béton.



Page 20

Dans notre cas, nous avons relevé de tels désordres (béton « rongé », granulats apparents et en état de désolidarisation) au droit de caniveaux aménagés sur le dallage en béton. Ces caniveaux recueillent vraisemblablement les eaux de lavage ainsi que les déchets fluides (bière, produits de nettoyage, autres agents agressifs). Ces fluides ont la particularité d’être acides et donc agressifs vis-à-vis du béton. Ils réagissent avec les hydrates formés durant la phase d’hydratation et de prise du ciment. La Portlandite est généralement dissoute en premier par le fluide. S’en suit alors la dissolution des autres hydrates jusqu’à la disparition des dernières liaisons créant jusqu’alors un aspect monolithique au béton. Les granulats ainsi libérés sont même parfois charriés par le courant créé par le fluide ou par le nettoyage répétitif de la zone.

Figure 7 : Phénomène de lixiviation avéré dans la cave de garde (Brasserie METEOR, 2012)

Ce phénomène conduit donc à une dégradation du béton en surface et par couches successives. La vitesse d’altération augmente généralement avec l’augmentation de la surface et la création parfois de cuvette menant à la stagnation du fluide agressif.

3.3.1.3.La corrosion des armatures La corrosion des armatures a été également prouvée à de multiples endroits, soit par inspection visuelle et constatation d’aciers apparents (l’enrobage de béton ayant été décollé par l’oxydation des armatures de surface), soit par la corrélation des détections magnétiques des armatures, du relevé visuel des fissures et des analyses chimiques du béton. Cette analyse a permis de mettre en évidence une corrosion des armatures sous une couche d’enrobage ayant une fonction d’étanchéité. En effet, la détection des armatures à l’aide d’un scanner à béton a révélé la présence d’une armature à faible enrobage au droit d’une fissure relativement importante (d’ouverture 5 mm et d’environ 2 mètres de longueur) de l’enrobage puis de l’enrobé (complexe d’étanchéité de la dalle).



Page 21

Figure 8 : Image du scanner à

béton

Figure 9 : Lieu de la zone de

détection d'armatures

Figure 10 : Fissure au droit de la

zone inspectée La pathologie a donc été détectée par un recoupement de trois voire quatre méthodes de diagnostic réalisées in situ ou en laboratoire. En effet, le dépouillement des résultats et leur analyse permet ainsi d’avérer la présence ou la potentielle présence d’une pathologie cachée ou invisible à l’œil nu seulement. Dans notre cas, la carbonatation du béton ne semble pas être la cause de la corrosion car la carotte de béton prélevée dans le même local ne présentait pas un front de carbonatation avancé. Cependant, la teneur en chlorures du béton peut être la raison du désordre, puisque des défauts d’étanchéité ont été repérés conduisant à l’infiltration probable de produits nettoyants à base de chlore.

3.3.1.4.L’oxydation des pyrites Un autre phénomène chimique d’origine externe a été relevé sur le site de la brasserie METEOR. Cette pathologie concerne l’oxydation des pyrites qui peuvent être contenus dans les granulats du béton. Cette pathologie conduit généralement à l’apparition de tâches de rouille isolées, ponctuelles et intenses. Ces désordres peuvent même mener à la formation de trous. Néanmoins, cette oxydation de ce sulfure de fer en milieu alcalin n’est pas dangereuse pour la structure, bien qu’elle puisse le paraître à première vue.

Figure 11 : Oxydation des pyrites contenues dans les granulats (Brasserie METEOR, 2012)



Page 22

3.3.2. Les Salins du Midi à Varangéville (54) Le projet dans l’usine des Salins du Midi à Varangéville (54) comportait le diagnostic pathologique et structurel d’une structure porteuse en béton armé composée d’une dalle supportée par deux poteaux en « U » et par deux nervures de section rectangulaire. L’environnement extérieur vis-à-vis de cette structure est très chargé en sel sous plusieurs états (particules dans l’air, liquides saturés, dépôts et accumulations à l’état solide). Diverses pathologies ont été mises en évidence sur l’ouvrage étudié.

3.3.2.1.L’attaque du béton par les chlorures La pathologie la plus répandue est sans surprises l’attaque du béton par les chlorures. En effet, la pénétration des chlorures dans les structures en béton ont été avérées à la suite d’analyses chimiques sur des prélèvements de carottes. Des profils de teneur en chlorures ont été ensuite déduits des analyses pour mieux apprécier la gravité du phénomène. La figure suivante montre un de ces profils de teneur en chlorures.

Figure 12 : Profil de teneur en chlorures d'un prélèvement de carotte sur un poteau (Salins du Midi, 2012)

La teneur en chlorure au droit des armatures a été estimée de l’ordre de 1 % (rapport de la masse des ions chlorure par kilogramme de ciment), ce qui est bien plus que la limite réglementaire fixée par la norme NF EN 206-1 (taux de 0,40 % dans le cas d’armatures ou de pièces métalliques noyées dans un béton à base de ciment autre que du CEM III). Cette teneur, corrélée aux multiples désordres relevés par l’inspection visuelle (fissuration, faïençage, décollement de béton, aciers apparents, accumulation de sel sur les surfaces en béton), confirme la pathologie d’attaque du béton par les chlorures. La porosité du béton, l’atmosphère humide et persistante du milieu extérieur et sa concentration exceptionnelle en composés agressifs tels que les ions chlorures sont autant de facteurs qui conduisent aux phénomènes observés.



Page 23

3.3.2.2.La corrosion des armatures La corrosion des armatures est une pathologie qui a été largement repérée sur site. Cette corrosion a été corrélée à la forte teneur en ions chlorures dans le béton, même à une profondeur importante. Le taux mesuré était bien supérieur aux limites réglementaires de la norme NF EN 206-1, comme expliqué dans le paragraphe précédent. Cette corrosion diffère de celle relevée sur le site de la brasserie METEOR, puisque le phénomène n’est pas induit par les même composés chimiques (ions chlorures contre gaz carbonique).

Figure 13 : Exemple de fissuration et d'accumulation de sel en sous face de dalle (Salins du Midi, 2012)

3.3.2.3.L’ettringite secondaire

L’analyse microstructurale des différents prélèvements de bétons a montré la présence d’ettringite primaire en aiguilles dans les porosités du liant, mais également quelques ilots d’ettringite secondaire comprimée a caractère expansif. Cette constatation a été possible par analyse du béton au microscope électronique à balayage (MEB). La corrélation de l’image du MEB et de la décomposition des éléments via une analyse spectrale aux rayons X permet de reconnaître le type de composés présents dans le béton. Les figures suivantes sont l’image au MEB et l’analyse spectrale d’un ilot d’ettringite comprimée détecté dans le cadre du diagnostic aux Salins du Midi.

Figure 14 : Vue microscopique d'un ilot d'ettringite

secondaire comprimée (Salins du Midi, 2012)

Figure 15 : Spectre de l'ilot d'ettringite secondaire

comprimée (Salins du Midi, 2012) Le spectre montre bien les différents composés de l’ettringite (trisulfoaluminate de calcium hydraté de formule chimique 3CaO Al2O3 3CaSO4.32H2O) avec une majorité de Ca et la présence de S, Al et O.



Page 24

Ce type de formation peut engendrer une fissuration multidirectionnelle, voire une désagrégation du béton. Cependant, dans notre situation, les ilots étaient isolés, ponctuels et n’engendrant pas une grosse expansion en termes de volume. En conséquence, les tensions internes induites par ce phénomène sont limitées et ne conduisent donc pas à la création de fissures.

3.3.3. La Caserne Rabier-Pelleport à Sarrebourg (57) J’ai participé à la mission de diagnostic du bâtiment 011 de la caserne Rabier-Pelleport où quelques pathologies ont été relevées. Le bâtiment en question est constitué de porteurs verticaux en brique et de planchers à ossature bois. L’inspection visuelle et la superposition des différents désordres (affaissement des planchers et dallages) ont permis de mettre en évidence deux pathologies liées aux matériaux employés.

3.3.3.1.Eau de percolation dans les joints de maçonnerie Le premier phénomène se rapporte à un des murs de façade en maçonnerie. Celui-ci comportait une tâche blanchâtre plus au mois localisée au niveau du plancher R+2. Le local correspondant était des douches comportant de gros problèmes d’étanchéité au niveau du sol mais aussi du mur. L’eau des douches s’infiltre donc à travers le mur de façade avec un certain gradient de vitesse. Elle peut donc être considérée comme une eau de percolation au niveau du jointoiement du mur en briques. La tâche blanchâtre peut alors être un dépôt de calcite, dissout par l’eau au niveau des joints et fixé sur la paroi extérieur après l’évaporation de cette eau. La figure suivante montre le désordre constaté.

Figure 16 : Tâches blanches relevées sur la façade (Caserne Rabier de Sarrebourg, 2012)

Ces tâches montrent la dissolution de certains composés du liant formant le mortier de jointoiement. Ce phénomène, ici encore très limité, peut à terme conduire à une désolidarisation de la maçonnerie et faire perdre au voile son caractère monolithique.

3.3.3.2.Pourriture des planchers de dallage Certains affaissements de planchers ont également été constatés dans le bâtiment. Le prélèvement et l’analyse d’un échantillon de plancher a montré une teneur en eau très supérieur à la normale (de l’ordre de 40 %) ainsi qu’une légère pourriture molle. Cette



Page 25

pourriture a été décelée après le séchage puisque la surface de l’échantillon était découpée en petits cubes, les rainures longitudinales étant légèrement plus profondes que les fissures transversales. La figure suivante montre le prélèvement effectué sur site.

Figure 17 : Echantillon de plancher bois atteint de pourriture molle (Caserne Rabier de Sarrebourg, 2012)

Le plancher dégradé perd alors ses caractéristiques mécaniques, ce qui explique l’affaissement du plancher considéré. La pourriture s’est développée du fait de l’humidité importante à cet endroit (infiltration des douches de l’étage supérieur comme vu au paragraphe précédent), du manque d’aération et l’absence de lumière (plancher de dallage confiné entre les sables et graviers et chape sans circulation d’air).

3.3.4. Deux anciennes fermes à Gugnécourt (88) Le diagnostic structurel et pathologique de deux anciennes fermes en maçonnerie à Gugnécourt (88) a permis, dans une zone précise, de constater l’altération des pierres naturelles et du jointoiement causée par une pollution atmosphérique spécifique. En effet, nous avons constaté, à l’intérieur de l’étable, l’encroûtement des pierres naturelles et la désagrégation des joints de maçonnerie. Ces désordres sont probablement causés par une pollution atmosphérique au dioxyde de carbone (CO2) et au méthane (CH4) provoqué par la présence de bovins durant plusieurs décennies. Ces polluants peuvent former des oxydes de carbone et par suite de l’acide carbonique. Ce composé est un acide faible et instable qui réagit immédiatement avec les carbonates du calcaire. Nous avons relevé sur site une majorité de pierres calcaires. Les zones étant protégées de tout ruissellement d’eau puisqu’elles se situent à l’intérieur du bâtiment, les désordres correspondent aux phénomènes de dépôts et de salissures sombres provoqués par la pollution atmosphérique énoncée précédemment. La figure suivante illustre les désordres observés sur site.

Figure 18 : Formation de croûtes dues à une pollution atmosphérique (Gugnécourt, 2012)



Page 26

3.3.5. L’école maternelle à Kogenheim (67)

Le diagnostic de l’école maternelle de Kogenheim visait en priorité à déterminer l’origine et la gravité d’une fissuration d’un mur de façade, mais l’inspection visuelle a permis de déceler une légère pathologie liée à la maçonnerie. L’école est constituée de voiles en maçonnerie de moellons. Une altération en partie basse de l’enduit de façade a conduit à une légère désorganisation de la maçonnerie avec une colonisation biologique. La photographie suivante montre l’apparition de mousses sur le jointoiement.

Figure 19 : Altération biologique d’un mur de façade (école de Kogenheim, 2012)

La mousse a pour principale conséquence de retenir l’humidité au contact du joint de maçonnerie, accélérant ainsi le processus d’altération chimique du joint par l’eau . L’action mécanique induite par le réseau de racines des mousses est par contre très limitée puisque le système racinaire est composé de rhizines (semblables aux racines des cheveux). Les pressions exercées dans les pores en surface de joint sont donc quasiment négligeables comparées à celles induites par les racines de végétaux supérieurs.

3.3.6. Anciennes granges à Varangéville, site de Saint-Gorgon (54)

Une autre mission de diagnostic traitée en agence a concerné plusieurs anciennes fermes à Varangéville, site de Saint-Gorgon (54). L’inspection visuelle des charpentes des différents bâtiments a permis de mettre en évidence trois pathologies du bois.

3.3.6.1.Petite Vrillette

Cette pathologie concerne l’attaque de certaines pièces de charpente par la Petite Vrillette. Le diagnostic a été possible par l’inspection des dégâts observés. La photographie suivante, qui illustre une partie des désordres, montre la forme et la tailles des galeries creusées par les larves xylophages. La présence de vermoulure caractéristique a permis de confirmer le type d’insecte responsable de l’attaque. Les galeries, rondes et de diamètre d’environ 1 à 2 mm, correspondent exactement aux dégâts causés par la Petite Vrillette.

Figure 20 : Attaque de bois par la Petite Vrillette (Varangéville - Saint-Gorgon, 2012)



Page 27

3.3.6.2.Capricorne des maisons D’autres pièces de bois ont été dégradées par le capricorne des maisons, comme en témoigne la figure suivante. Les galeries visibles sont plutôt ovales, parallèles au plan ligneux du bois et de diamètre assez important. Ces dégâts sont caractéristiques des larves du capricorne des maisons. Le bois ainsi attaqué perd alors de sa section efficace et donc ses caractéristiques mécaniques.

Figure 21 : Attaque du bois par le capricorne des maisons (Varangéville - Saint-Gorgon, 2012)

3.3.6.3.La Mérule Pleureuse

Enfin, certains bois de charpente, du fait notamment de leur forte exposition à l’humidité, présentent une infestation par les champignons. La pourriture relevée dans ce cas et visible sur la photographie suivante semble s’apparenter au développement de la Mérule Pleureuse. Le mycélium (parties végétatives) de ce champignon est généralement blanchâtre alors que ses fructifications sont de couleur plutôt brune. Le champignon dégrade le bois en se nourrissant de divers composés (cellulose, hémicellulose et lignine). La pourriture finale du matériau est une pourriture cubique brune, semblable à l’aspect d’un bois calciné.

Figure 22 : Pourriture du bois par une attaque de Mérule pleureuse (Varangéville - Saint-Gorgon, 2012)



Page 28

3.4. Les autres pathologies existantes des matériaux

3.4.1. Le béton

3.4.1.1.Phénomènes chimiques d’origine externe

Le phénomène de carbonatation du béton, la lixiviation, l’oxydation des pyrites et l’attaque par les chlorures traduisent des réactions chimiques qui font intervenir des composés externes au béton (gaz carbonique, solutions acides ou chlorures). Nous avons énoncé ces problèmes dans les pathologies rencontrées lors de missions de diagnostic (Brasserie METEOR, Salins du Midi).

3.4.1.2.Phénomènes chimiques d’origine interne

Le béton peut également être le théâtre de phénomènes chimiques internes sans nécessairement l’intervention d’un composé chimique extérieur au matériau (en dehors des molécules d’eau). Ces types de pathologies sont d’autant plus difficiles à prévenir du fait parfois de l’absence de réactifs venant de l’extérieur. Certains de ces phénomènes font intervenir les composés sulfatiques du matériau. On les appelle les réactions sulfatiques internes. Ces réactions englobent l’ensemble des phénomènes d’ettringite (primaire, secondaire ou différée). L’ettringite de formation primaire n’entraine pas de désordres ou de conséquences préjudiciables pour la durabilité du béton. En effet, elle est un produit normal de l’hydratation des ciments qui se forme par réaction du régulateur de prise (gypse par exemple) avec l’aluminate tricalcique provenant du clinker. L’ ettringite de formation secondaire peut être de deux types. La première, ne provoque pas d’expansion dans le béton. Cette formation fait suite à une dissolution et une recristallisation d’ettringite préexistante. Ce cas d’ettringite se forme donc dans les pores existants de la structure microscopique du béton. La seconde, au contraire, peut présenter un caractère expansif dangereux pour la structure monolithique interne du béton. Ce cas d’ettringite est causé par la réaction de sulfates venant de l’extérieur ou internes au béton (surdosage en gypse, granulats à forte teneur en sulfates, eau de gâchage). Il a été reconnu (et détaillé) lors de la mission de diagnostic des Salins du Midi à Varangéville (cf. paragraphe 3.3.2.3). Le dernier type est l’ettringite de formation différée. Cette réaction peut être consécutive à une augmentation de la température au moment du phénomène de durcissement du béton. Cette condition nécessaire n’est pas forcément suffisante puisque le béton doit également être en contact avec l’eau (défaut d’étanchéité, zones immergées, etc.) et doit comporter des teneurs en sulfates et aluminates suffisantes. En effet, ces composés chimiques sont les réactifs dans le phénomène chimique produisant de l’ettringite (ou trisulfoaluminate de calcium hydraté). L’eau permet quant à elle la dissolution des éléments réactifs ainsi que la réaction d’hydratation amenant la formation d’ettringite. Le phénomène d’alcali-réaction est également une pathologie d’origine interne au béton. Elle consiste en plusieurs réactions chimiques de certains granulats avec des oxydes alcalins



Page 29

(Na2O ou K2O) d’origine interne ou externe. Ces oxydes peuvent provenir du ciment, des additions, des adjuvants, des granulats ou encore de sels de déverglaçage. Le phénomène d’alcali-réaction regroupe en réalité trois types de réactions possibles : les réactions d’alcali-carbonates, d’alcali-silice et d’alcali-silicate. Les réactions alcali-silice sont de très loin les plus fréquentes avec la réaction de la silice amorphe ou mal cristallisée de certains granulats avec l’hydroxyde de sodium ou de potassium. Cette association en présence d’eau donne lieu à la formation de gels de silicates alcalins ou silico-alcalins à caractère expansif. Cette augmentation de volume engendre des tensions internes locales puis à une fissuration multidirectionnelle. Des documents de référence permettent de classer la réactivité des granulats vis-à-vis de ce phénomène (FD P 18-542, XP P 18-594). La teneur en alcalins du béton est également un facteur potentiellement déclencheur de telles réactions.

3.4.2. La maçonnerie

Les ouvrages en maçonnerie subissent également des dégradations et autres altérations au cours du temps. Ces problèmes peuvent être d’origines diverses (biologique, physique, mécanique…) et s’expliquer par des phénomènes aussi bien chimiques, physiques que mécaniques.

3.4.2.1.Altération biologique

Les éléments en maçonnerie en contact avec le milieu extérieur sont confrontés aux attaques liées au monde biologique, qu’il soit microscopique ou macroscopique. Les désordres associés peuvent être d’ordres chimiques ou physiques, avec bien souvent un rôle important donné à l’eau. Le premier facteur peut être la colonisation bactériale et l’attaque des pierres par voie chimique. Ces espèces vivantes peuvent participer à l’altération des roches via le cycle du soufre, de l’azote ou encore du fer. La formation biologique du gypse est due à l’action de thiobactéries qui utilisent divers composés réduits du soufre (ou le soufre élémentaire) pour produire des ions sulfate. Ces derniers forment du gypse par réaction avec les ions Ca++ de la pierre. Les composés liant la structure granulaire sont donc transformés en produits n’ayant pas cette capacité. Les champignons peuvent également altérer de façon importante les roches, généralement volcaniques (ignées) ou métamorphiques. Cette attaque se traduit par la précipitation en quantités significatives de Si, Al, Fe et Mg. Ces composés présents dans les minéraux tels que les calcaires, les micas, ou encore l’olivine, la biotite et le pyroxène sont dissouts par les acides produits par les champignons (acides carboniques, nitriques, sulfuriques et organiques). Le développement de lichens sur les surfaces de murs en maçonnerie joue également un rôle important dans le déclenchement du processus d’altération. Les processus d’altération chimique due aux lichens se présentent sous trois formes : la production d’acide carbonique, l’excrétion d’acide oxalique et la production de composés lichéniques hydrosolubles. Les lichens sont également à l’origine d’une altération mécanique de par l’action des thalles (sortes de micro-racines) du lichen sur la paroi de la pierre. Ces cycles de dilatation/rétraction



Page 30

au gré de l’hygrométrie ambiante induit des contraintes de cisaillement très locales donnant lieu à l’arrachement de particules pierreuses après contractions et expansions mécaniques. La surface de la pierre peut alors être creusée d’alvéoles et traversée de sillons. L’altération des pierres naturelles par les mousses a été rencontrée localement à l’école de Kogenheim (67), et donc décrite dans un point précédent. Les végétaux supérieurs (lierres, plantes grimpante, arbustes) dégradent aussi la pierre et/ou le joint de maçonnerie. D’un point de vue mécanique, la poussée exercée par la croissance et par l’épaississement radial des extrémités racinaires cause de grands dégâts. Elle peut en effet atteindre 1.5 MPa localement et donc détériorer les zones les moins résistantes (mortier de jointoiement). Les racines sont également responsables d’une attaque chimique de par leur acidité qui réagit au même titre que les espèces acides énoncées précédemment (pour les lichens par exemple).

3.4.2.2.Altération par la pollution atmosphérique

Les polluants gazeux peuvent être de plusieurs formes. Nous avons vu à travers le diagnostic de deux anciennes fermes à Gugnécourt l’altération de murs en maçonnerie exposés au dioxyde de carbone (CO2) et au méthane (CH4) notamment. Cependant les gaz les plus nocifs pour la pierre sont le dioxyde de soufre (SO2) et les oxydes d’azote (NO et NO2). Ils sont présents dans les pluies acides, mais ils peuvent aussi agir directement en tant que gaz. Quand le dioxyde de soufre est apporté par l’air, il attaque directement la calcite de la pierre et s’oxyde en acide sulfurique. Son action sur la pierre peut être une transformation des carbonates de calcium en gypse (sulfates de calcium) dans les premiers millimètres sous la surface, mais aussi par-dessus la surface, donnant lieu à la formation de croûtes noirâtres. Les oxydes d’azote quant à eux sont susceptibles d’accélérer les réactions de sulfatation induites par le dioxyde de soufre. Les zones non lessivées par les eaux de pluie présentent des couches d’altération sous la forme de dépôts et de salissures (poussière, croûtes noires, patines, écaillage). Les zones lessivées sont quant à elles dissoutes et ravinées par les pluies acides successives.

3.4.2.3.Altération par la circulation d’eau

L’eau a très souvent un rôle important dans les processus d’altération chimique de la pierre ou des mortiers. Ces derniers peuvent par exemple être dégradés par une eau de percolation. L’attaque chimique s’effectue sur la chaux contenue dans les ciments. Elle est due aux acides, aux bases et aux sels dissous dans l’eau. Cette attaque se traduit visuellement par l’apparition d’efflorescences blanchâtres sur les parements des maçonneries. Ces dépôts correspondent à de la calcite précipitée sur la façade après évaporation de l’eau. Ce phénomène nécessite l’existence d’un gradient de vitesse liée à la circulation d’eau à travers les joints de maçonnerie. Cette vitesse permet d’accélérer la dissolution en charriant les éléments dissouts (calcite principalement) vers l’extérieur du mur. Les pierres naturelles sont également soumises à ce phénomène, notamment les pierres calcaires.



Page 31

L’eau intervient également dans la dissolution des pierres calcaires qui sont constituées majoritairement de carbonates de calcium (CaCO3) composés d’ions CO3

2- et d’ions Ca2+. Le carbonate de calcium cristallise naturellement avec deux formes cristallines principales : l’aragonite et la calcite. En milieu acide, le carbonate de calcium se transforme en bicarbonate de calcium très soluble dans l’eau. La solubilité conduit alors à la formation d’une base faible et d’un acide faible capables de réagir avec les acides pour donner des sels de calcium, de l’eau et du dioxyde de carbone. Ces derniers peuvent se cristalliser en surface, où l’eau et le CO2 (volatil) s’évaporent. Les feldspaths, et notamment l’albite (feldspath sodique) et l’anorthite (feldspath calcique) peuvent s’altérer pour former des argiles et du kaolin. Cette dernière espèce chimique est une argile blanche friable et réfractaire. Cette transformation entraine une perte de cohésion et de densité de la roche calcaire, ce qui peut être préjudiciable pour la pérennité de l’ouvrage.

3.4.2.4.Altération par des phénomènes physiques

Les pierres naturelles peuvent se dégrader par des phénomènes également physiques comme par exemple l’action du gel. Certaines pierres sont en effet plus susceptibles au gel que d’autres. Elles sont qualifiées de roches gélives. Elles se caractérisent par un type de porosité conduisant à la saturation aisée d’eau de la grande majorité des pores de la pierre. Ainsi, l’action du gel conduit à l’augmentation de volume de l’eau de saturation menant à des pressions internes dangereuses pour la tenue de la pierre. Les pierres les plus susceptibles au gel sont les roches à pores moyens (rayons des pores compris entre 0,1 et 1 µm) et les roches microfissurées. Dans ces cas là, les pores sont aisément saturés d’eau à plus de 90 % (par immersion ou capillarité) et cette eau peut geler à une température d’environ -3°C. Les pierres non gélives présentent soit une porosité trop faible, soit l’interconnexion de pores de différentes tailles empêchant la saturation totale par l’eau. Des sels de compositions chimiques variées provenant de la pierre ou d’une pollution (atmosphérique, urées, ciments, sels de déverglaçage, etc.) peuvent également créer des désordres dans les murs en maçonnerie. Les échanges hygrométriques des murs (remontées capillaires, infiltration des eaux de pluie ou de ruissellement, etc.) contribuent à la migration, la dissolution et à la cristallisation des sels en solution dans la roche. Cette cristallisation entraine une augmentation de volume pouvant produire, selon les zones affectées de la roche (taille des pores), des pressions internes dangereuses et à terme des dégradations plus ou moins importantes de la pierre. Les sulfates de sodium sont les sels qui induisent une des plus fortes pressions de cristallisation. Ces pressions dépendent du type de réseau cristallin ainsi que du taux de sursaturation de la solution à partir duquel le sel se cristallise. Le réseau poreux de la pierre conditionne également les désordres engendrés puisqu’il induit la profondeur de pénétration et de cristallisation des sels dans la pierre, d’où des désordres différents selon les cas (efflorescences en surface, fissures importantes, desquamations, etc.). Le tableau suivant renseigne les origines possibles des divers types de sels rencontrés sur les maçonneries.



Page 32

Figure 23 : Origine courante des sels solubles dans la pierre (Source [3])

3.4.2.5.Autres pathologies

Les briques et autres blocs issus de process industriels peuvent présenter des défauts de fabrication et de cuisson, aujourd’hui beaucoup mieux maitrisés qu’avant. Ils prennent la forme d’aspérités ou de fendillement de la brique. Ces défauts peuvent être à la fois une porte d’entrée aux intrusions diverses (colonisations biologiques, pénétration d’agents agressifs, etc.) et peuvent conduire à la rupture dans ces zones alors fragilisées. Comme nous l’avons expliqué précédemment, le choix du matériau pour réaliser le joint peut induire des désordres dans la maçonnerie, suite à une réaction chimique entre le liant et les blocs (pierres ou briques). Ainsi certains liants riches en sels solubles (Na2O et K2O) et/ou présentant un indice d’hydraulicité plutôt élevé (supérieur à 0,30) sont incompatibles avec certaines pierres naturelles ou même les briques. L’indice d’hydraulicité µ créé par Louis VICAT en 1817 permet de déduire le rapport des éléments acides du liant sur ses éléments basiques. Ainsi une valeur élevée de µ induira l’utilisation d’une chaux hydraulique et non aérienne. L’acidité du liant peut bien évidemment réagir avec les constituants de la pierre. Les sels solubles apportés par le liant peuvent, comme nous l’avons évoqué précédemment, provoquer des désordres s’ils se cristallisent (efflorescences, fissuration de la pierre à proximité des joints, etc.). La réaction d’alcali-granulat est exceptionnellement possible dans les enduits ou joints à base de mortier de ciment. Le phénomène pathologique est alors le même que pour le béton (avec la formation de gels expansifs qui exercent des pressions internes). Les potentiels dégâts se présentent sous la forme de fissurations et de faïençage de l’enduit ou du joint. S’ensuit parfois une désagrégation du joint et une désorganisation de la maçonnerie. Cependant, ce phénomène reste tout à fait exceptionnel puisque les formulations de ce genre de mortier sont généralement moins complexes que des bétons de structure.



Page 33

3.4.3. Les matériaux métalliques

Les pathologies relatives à la corrosion des armatures de béton armé ont été traitées dans les paragraphes relatifs au béton. Les points énoncés ici traitent principalement des pathologies des ouvrages en structures métalliques. Ces désordres peuvent être classés en trois catégories qui sont les problèmes liés à la soudabilité, les défauts de fabrication et les phénomènes électrochimiques de corrosion.

3.4.3.1.Phénomènes liés à un problème de soudabilité

Le soudage est un mode d’assemblage parmi d’autres en structure métallique (boulonnage, rivetage). Cette technique, ultérieure à certains matériaux métalliques (fer puddlé, anciens aciers, etc.) est parfois incompatible avec ces derniers. Le soudage induit au droit de l’assemblage une forte augmentation de la température (de l’ordre de 900°C) provoquant une modification de l’état atomique du fer. Le refroidissement post-soudage, qui peut être rapide ou brusque, est d’ailleurs bien souvent une des causes de fissuration à chaud, à froid ou d’arrachement lamellaire. Ces phénomènes thermiques engendrés par un soudage s’apparentent parfois à une trempe (pour le cas du refroidissement brusque). La formation d’austénite, combinée à un retrait et autres déformations des métaux assemblés, entraine des contraintes de traction jusqu’à la microfissuration. Suivant le moment et l’endroit où apparaissent ces fissures, on distinguerale type de fissuration. La fissuration à chaud et l’arrachement lamellaire sont aisément détectables au moment du soudage. La fissuration à froid, quant à elle, est plus dangereuse puisque parfois invisible après réalisation de l’assemblage. La trop forte fragilité des anciens métaux peut également être une cause de rupture fragile en cas de traitement local thermique (soudages) entrainant alors des efforts de retraits non compensés par une déformabilité suffisante du métal en question.

3.4.3.2.Phénomènes liés à un défaut de fabrication

D’autres pathologies sur les matériaux métalliques sont dues au processus d’élaboration de ce matériau. Ces défauts sont explicables par le procédé de fabrication employé à l’époque ou encore maintenant et peuvent, selon les cas, provoquer des zones de faiblesse sur le produit manufacturé. La coulée en lingots, par exemple, pouvait être à l’origine de défauts tels que des dédoublures. Ce désordre correspond à une division du produit laminé dans le sens de la longueur suite à retassure secondaire provoquée lors du refroidissement du lingot, et donc au retrait important du métal. La résistance en traction de ce profilé est alors nulle dans le sens transversal. Cependant, ce mode d’élaboration ayant été abandonné depuis des dizaines d’années, ces défauts ne peuvent être rencontrés que sur de très anciens ouvrages, avec notamment le développement d’une corrosion (via une stagnation de molécules d’eau ou de solution corrosive au droit du défaut).



Page 34

D’autres modes d’élaboration, comme par exemple l’effervescence des aciers ou bien un calmage insuffisant du produit, sont sujets au développement de soufflures profondes au sein des profilés laminés ainsi fabriqués. Ces défauts prennent la forme de porosités et cavités aux parois oxydées conduisant à des zones faibles du profilé dans le sens de l’épaisseur (par une diminution de la section efficace). L’état inclusionnaire des métaux est également une cause de ruptures fragiles ou encore de zones de faiblesse. Les oxydes, les aluminates, mais surtout les silicates et les sulfures peuvent induire, du fait de leur forme (ronde ou allongée) des concentrations locales de contraintes et ainsi créer des fissurations. Ces dernières peuvent se développer au sein du matériau sous un effet de fatigue par exemple. Les procédés d’élaboration se sont améliorés au fil du temps afin d’affiner justement les teneurs des impuretés (par désoxydation, etc.). Enfin, un dernier défaut, tout à fait mineur et sans véritable danger structurel, est la possible présence de pailles métalliques sur la surface des éléments laminés. Ces pailles, provoquées par une éclaboussure lors de la coulée continue ou encore par une pliure superficielle au moment du laminage, conduisent au développement d’un défaut de surface. Certes, ceci peut parfois engendrer un phénomène de corrosion mais ce dernier reste évidemment très localisé et ponctuel, donc non dangereux pour la structure.

3.4.3.3.Phénomènes électrochimiques

La corrosion des métaux est bien évidemment un phénomène connu vis-à-vis du grand public. Cependant, les phénomènes électrochimiques induits par ce terme de « corrosion » sont multiples et variés, conduisant à des désordres plus ou moins spectaculaires et dangereux pour la durabilité du métal en question. Le phénomène le plus commun est la corrosion uniforme de la surface d’un métal. Les réactions électrochimiques mises en œuvre dépendent du type de métal, mais surtout aux caractéristiques de la solution ou l’environnement corrosif. Il résulte de ce processus une diminution de l’épaisseur (section efficace) du métal par unité de temps, de l’ordre de 0,13 mm/an (pour de l’acier ordinaire dans de l’eau de mer). Cette corrosion est la plus connue et est même parfois prise en compte dans les dimensionnements des ouvrages puisque son évolution et son développement peut être approché. Le contact direct de deux métaux peut, selon certaines conditions du milieu extérieur, engendrer une corrosion galvanique. Une différence de potentiel entre les deux métaux (l’un étant plus « noble » que l’autre) entraine alors l’existence d’un courant électronique conduisant à l’augmentation de la corrosion du métal le moins noble (anode) et à sa diminution pour le plus noble des deux (cathode). La cinétique de ces réactions dépend du milieu extérieur (présence d’ions chlorure, température) mais également des surfaces des deux matériaux. Une anode de faible dimension entraine une vitesse de corrosion d’autant plus importante.



Page 35

Les zones des ouvrages métalliques favorisant la stagnation d’eau ou de solution corrosive sont quant à elles sujettes à subir une corrosion caverneuse. Ce phénomène est similaire aux autres par la formation locale d’une anode (aspérité, crevasses, etc.) et d’une cathode (contour de l’anode). Ainsi, ce type de corrosion est souvent repéré au droit d’assemblages rivetés ou boulonnés sous les éléments d’assemblage. Le dernier mécanisme de corrosion le plus répandu dans le domaine de la construction est la corrosion par piqûres. Ce phénomène est peut-être même le plus dangereux de tous. En effet, cette attaque locale conduit à la formation d’une anode de surface beaucoup plus petite que la cathode, créant ainsi un courant électronique très important. Les dégâts induits par ce type de corrosion se développent en seulement quelques semaines. La forme la plus connue de corrosion par piqûres est l’attaque de l’acier inoxydable austénitique par les chlorures, où les ions de chlore sont déclencheurs de la réaction. Tous ces phénomènes de corrosion entrainent des pertes de sections des profilés métalliques, localisées ou généralisées plus ou moins intenses, ce qui par conséquence conduit à la présence de zones de faiblesse d’un point de vue mécanique ou à des défauts d’étanchéité dans d’autres cas.

3.4.4. Le bois

3.4.4.1.Pathologies liées aux insectes à larves xylophages Les insectes dits « de bois sec » comme les coléoptères trouvent des nutriments nécessaires dans le bois ayant une humidité inférieure à 30 % durant leur stade larvaire. Ces insectes sont susceptibles de provoquer des altérations pouvant diminuer la résistance mécanique du bois. Nous traiterons dans ce paragraphes que des insectes à larves xylophages les plus courants en France. La dégradation du bois s’explique par le cycle de développement de ces insectes, qui se nourrissent des éléments du bois (lignine, cellulose, amidon) uniquement au stade de larve. L’insecte issu de larve quant-à-lui ne dégrade plus le bois.

Figure 24 : Cycle biologique d’un insecte coléoptère



Page 36

• Le Capricorne des maisons Le Capricorne des maisons est l’insecte à larve xylophage le plus fréquent. On peut le trouver partout en France à une altitude inférieure à 2000 mètres. Cependant, il ne se développe principalement que dans l’aubier des essences résineuses. Ce type d’insecte occasionne des dégâts dans les bois utilisés en construction ou en aménagement intérieur, mais aussi au niveau des poteaux téléphoniques ou électriques. Les larves, à l’aide de leurs mandibules, creusent des galeries dans l’aubier et dans le bois parfait non duraminisé. Elles se développent à une température ambiante comprise entre 10 et 38°C et à une humidité relative de l’air entre 28 % et 70 %. Au moment de leur transformation en stade nymphal, les larves se rapprochent de la surface du bois et creusent une loge nymphale visible sous forme de boursoufflure, et ceci avant l’été.

• La Petite Vrillette La Petite Vrillette est présente également partout en France, avec une concentration plus élevée sur les côtes du littoral Ouest et Sud-ouest. Elle peut occasionner des dégâts dans la majorité des bois de construction, aussi bien dans les résineux que les feuillus, mais sans pouvoir dégrader les parties duraminisées. Le risque d’écroulement des structures dû à cet insecte est relativement limité du fait du faible diamètre des galeries creusées par les larves (1 à 3 mm).

• La Grosse Vrillette La Grosse Vrillette est répandue elle aussi partout en France. Elle s’attaque aux pièces de bois préalablement attaquées par des champignons lignivores, et donc soumises à des humidifications anormales. Il est possible de constater une telle dégradation dans des systèmes de solivages (humides souvent mal ventilés), mais aussi sur des ouvrages extérieurs exposés aux intempéries et mal protégés de l’humidité.

• Le Lyctus Le Lyctus regroupe en réalité deux espèces qui ne se distinguent que par quelques points de leur anatomie : le Lyctus linearis Goeze et le Lyctus brunneus Steph. La première est présente partout en Europe pendant que la deuxième est visible dans le monde entier. Le Lyctus se développe dans les essences feuillues métropolitaines et tropicales, aussi bien dans le bois massif que dans les panneaux de contreplaqués et panneaux de fibres. Le Lyctus linearis se distingue de l’autre espèce notamment par des antennes plus longues que le thorax. Les larves creusent leur galerie dans l’aubier et le bois parfait non duraminisé, en se nourrissant de l’amidon. Pour sa croissance, la larve de Lyctus doit trouver dans le bois sec une teneur en amidon au moins égale à 3 %. Par ailleurs, les conditions optimales de développement larvaire sont une température de 27 °C et une humidité de relative de l’air de 75 %.



Page 37

Reconnaissance des insectes à larves xylophages in situ :

Capricorne des maisons

Petite vrillette Grosse vrillette Lyctus

Essence de bois Résineux - Aubier Résineux et feuillus non duraminisés

Résineux, feuillus, aubier et duramen

Feuillus

Couleur du corps

Ivoire Blanche Blanche Blanche

Longueur maximale

25 mm 7 mm 11 mm 7 mm

Forme Cylindrique, allongée

Arquée Arquée Arquée

Autres caractéristiq

ues 3 ocelles Pilosité Pilosité Glabre La

rve

Photo Illustration

Couleur du

corps Noir Brun Brun Brun

Longueur du corps

8 – 20 mm 3 – 5 mm 5 – 7 mm 2 – 7 mm

Antennes Longues Courtes, massue Courtes, massue Courtes

Elytres Taches claires Stries régulières Non striés Recouverts de

poils Autres détails

Tubercules sur prothorax

Capuchon Capuchon, duvet

jaune marbré

Dia

gnos

tic p

ar le

s in

sect

es

Inse

cte

Photo

Forme Ovales et striées Rondes Rondes Rondes

Direction Parallèles Parallèles Parallèles Parallèles

Diamètre < 10 mm 1 – 3 mm 2 – 4 mm 1 – 3 mm

Gal

erie

s

Photo

Dia

gnos

tic p

ar l’

aspe

ct d

es

dégâ

ts

Vermoulure Tonnelets (fraiche) Granuleuse,

citrons

Granuleuse, lentilles ou boulettes

Talc



Page 38

3.4.4.2.Pathologies liées aux Termites

Les Termites sont des insectes primitifs appartenant à l’ordre des Isoptères. Du point de vue de la dégradation du bois, ces insectes se différencient des Coléoptères (insectes à larves xylophages) notamment par leur cycle de développement. En effet, il est plus complexe et s’explique par la vie de ces insectes en colonies organisées. Les insectes issus des larves peuvent être de trois castes :

• Les nymphes qui évoluent en reproducteurs (sexués primaires et secondaires). • Les ouvriers qui ont pour mission de récolter les aliments et d’entretenir la termitière.

Ils constituent environ 80 % de la population d’une colonie. • Les soldats qui ont pour objectif de défendre la termitière des agresseurs extérieurs.

Toutes les castes ont des pièces buccales broyeuses qui permettent, si besoin, d’aménager les galeries. Cependant, la majeure partie des galeries est réalisée par les ouvriers.

Figure 25 : Cycle biologique des Termites

Par ailleurs, suivant leur biologie et leur environnement, les Termites se divisent en trois catégories :

• Les « Termites souterrains » qui fondent leurs termitières dans le sol, où ils trouvent l’humidité dont ils ont besoin pour vivre.

• Les « Termites de bois sec » qui réalisent leur termitière dans le bois sec à l’air en s’en nourrissant.

• Les « Termites humivores » qui se rencontrent dans les bois en décomposition Ce troisième type de Termites n’est pas présent dans les bois mis en œuvre dans le domaine de la construction.

• Les « Termites souterrains » Les Termites souterrains ont leur colonie dans le sol. C’est d’ici que partent les ouvriers pour rechercher de la nourriture à base de cellulose, comme le bois, papiers, cartons, tissus, etc. Ils sont susceptibles de dégrader différents matériaux de construction sans valeur nutritionnelle qui font obstacle à leur passage.



Page 39

Il est donc possible de trouver des traces de termites au niveau de livres, menuiseries, pièces structurelles en bois massif ou en lamellé-collé, revêtements muraux, végétation environnante, etc. Ces dégâts peuvent prendre la forme de galeries creusées dans la matière ou bien de cordonnets (encore appelés « galeries-tunnels ») réalisés en un ciment constitué de particules de matériaux friables agglomérés de salive ou d’excréments. Les ouvriers, qui réalisent ces conduits, forment 80 % d’une colonie et se comptent généralement en centaines de milliers. Les essences dégradées sont généralement non duraminisées, qu’elles soient feuillues ou résineuses. Les termites souterrains cheminent donc à couvert et les dégâts ne sont souvent visibles qu’après une campagne de sondage (à l’aide d’un instrument pointu par exemple). L’inspection et la recherche de Termites souterrains est surtout visuelle. Les parties basses d’un ouvrage doivent être inspectées en premier lieu. L’extérieur du bâtiment concerné se doit aussi d’être inspecté afin de déceler toute source potentielle d’infestation (souche, bois à même le sol, piquets, poteaux, etc.). Les bâtiments annexes doivent aussi être concernés par l’étude. Ensuite, l’intérieur de l’ouvrage doit subir une inspection visuelle poussée, notamment dans les zones plus humides (canalisations, éviers, baignoires, etc.). La présence de matériaux cellulosiques dégradés autres que du bois, de galeries-tunnels indiquent la présence de Termites souterrains. La détection d’une colonie de Termites souterrains peut aussi passer par une inspection acoustique via un appareil appelé « INADEC » qui permet de capter les ondes acoustiques émises par les Termites souterrains en activité. Concernant l’aspect des dégâts, les pièces de bois ne présentent pas de trous d’envol (trous provoqués par la larve avant sa transformation en insecte). Les galeries sont en forme de cavités et donnent au bois un aspect feuilleté, car les Termites commencent par se nourrir du bois de printemps, plus tendre et ayant une durabilité naturelle plus faible. La constatation de galeries-tunnels, de matériaux cellulosiques dégradés, ou encore de concrétions terreuses cimentées aux parois des galeries nous assurent la présence d’une colonie de Termites souterrains.

• Les « Termites de bois sec » Des dégradations dues aux Termites de bois sec sont constatées depuis 1994. Ces dégâts sont pour l’instant relativement faibles et encore considérés comme négligeables d’un point de vue économique. Contrairement aux Termites souterrains, les colonies de Termites de bois sec comptent des centaines d’individus répartis en sexués primaires, soldats, nymphes et larves. La caste des ouvriers n’existe pas chez les Termites de bois sec. Les travaux d’alimentation et d’entretien de la termitière sont donc assurés par les nymphes. N’ayant pas besoin d’autant d’humidité que les Termites souterrains, le nid de la colonie est placé directement dans une pièce de bois sans connexion avec l’extérieur. Les insectes se nourrissent en consommant le bois situé autour de ce nid. Concernant l’aspect des dégâts, les pièces de bois ne présentent pas non plus de trous d’envol. Les galeries donnent, comme pour les Termites souterrains, un aspect feuilleté au bois. L’absence de galeries-tunnels et de concrétions terreuses ainsi que la présence de vermoulure granuleuse (formée de particules ovales avec des faces concaves) nous assure l’infestation du bois par les Termites de bois sec.



Page 40

3.4.4.3.Pathologies liées aux champignons lignivores Les champignons lignivores font partie des « champignons lignicoles » qui regroupent l’ensemble des champignons se développant à la surface et à l’intérieur du bois. Certains champignons lignicoles n’ont pas d’impact autre qu’esthétique sur les structures en bois (pas de perte des propriétés mécaniques). Au contraire, les champignons lignivores sont responsables du pourrissement du bois et donc de sa dégradation structurelle. Les champignons lignivores se composent d’un appareil végétatif (le mycélium) et d’appareils de reproduction (le carpophore). Le mycélium est formé d’un ensemble de filaments (hyphes). Les cellules des filaments sécrètent des enzymes (diastases) qui transforment les composés du bois (cellulose, hémicellulose, lignine) en produits simples et solubles (glucose) servant à nourrir les cellules des champignons.

Figure 26 : Développement du mycélium dans la structure cellulaire du bois (source [3])

Les champignons lignivores sont classés selon le type de pourriture provoqués sur le bois mis en œuvre. Cette pourriture diffère selon le composé chimique consommé par les champignons. Ainsi, on peut constater des pourritures dites cubique, fibreuse ou molle.

• La pourriture cubique brune La pourriture cubique brune est causée par les champignons lignivores de la classe des Basidiomycètes. Ils attaquent en majorité les essences résineuses, mais les feuillus peuvent également être touchés. Cette pourriture se caractérise par un bois cassant, anormalement foncé et découpé en cubes selon les trois directions du plan ligneux. L’aspect dégradé est comparable à un bois calciné. La cellulose est en réalité consommée par les champignons et seule la trame de lignine subsiste. Si la dégradation est complète, le bois perd alors la totalité de ses propriétés mécaniques.



Page 41

La Mérule pleureuse, le coniophore des caves et le Poria vaillant sont les trois principaux champignons à pourriture cubique brune.

• La Mérule pleureuse est le champignon le plus répandu en France, du fait des conditions climatiques tempérées (température, humidité) qui lui conviennent. Elle peut néanmoins s’adapter facilement aux saisons et aux variations d’humidité ambiante via la formation de cordonnets (rhizomorphes) qui peuvent alimenter en eau le mycélium. Ce champignon se développe préférentiellement dans des zones sombres, humides et mal ventilées (cave, vide sanitaire, locaux inhabités, etc.). Si les conditions sont optimales, les boiseries d’un bâtiment peuvent être détruites en seulement un an.

• Le coniophores des caves nécessite quant à lui un taux d’humidité relativement élevé et persistant (caves, locaux très humides). De ce fait, son attaque est beaucoup plus localisée que la Mérule pleureuse.

• Le Poria vaillant se développe dans les essences résineuses mises en œuvre à l’intérieur mais aussi à l’extérieur du bâtiment. L’aspect du bois dégradé prend dans ce cas une teinte brune légèrement rougeâtre. La pourriture cubique est sèche.

• La pourriture fibreuse blanche

Cette pourriture est également causée par les Basidiomycètes. Les essences feuillues sont préférées aux essences résineuses, sauf si l’humidité ambiante est très élevée et persistante. Cette pourriture se caractérise par une dégradation simultanée de la cellulose et de la lignine, donnant finalement au bois un aspect ramolli et blanchâtre. Le bois attaqué est alors très léger et se décompose en fibrilles qui peuvent être aisément détachées à l’ongle. Les deux principaux champignons à pourriture fibreuse blanche sont le Polypore des caves et le Coriolus versicolor.

• Le Polypore des caves se développe à l’intérieur des constructions, dans les pans de bois feuillus. La dégradation du bois par ce champignon est très souvent combinée à des attaques de Grosses Vrillettes. Son développement est relativement lent, mais situé dans des zones peu visitées (humides, obscures). Les dégâts peuvent donc être déjà importants lorsqu’ils sont décelés.

• Le Coriolus versicolor s’attaque de façon importante aux essences feuillues (le Hêtre notamment) mises en œuvre à l’extérieur. Il peut également, de façon plus limitée, dégrader certains résineux. La pourriture devient gommeuse lorsque l’humidité est élevée.

• La pourriture molle

Les champignons responsables de la pourriture molle font partie de la classe des Ascomycètes ou aux Fungi Imperfecti. Ils s’attaquent à la cellulose présente dans le bois des essences feuillues, très humides voire imbibées d’eau (environ 60 % d’humidité). Le Chaetomium globosum Kunze est le champignon de cette classe le plus répandu. Il se nourrit des minéraux contenus dans le sol. Le bois dégradé, lorsqu’il est humide, a un aspect noirâtre et spongieux. Après dessiccation, il devient découpé en petits cubes réguliers et superficiels.



Page 42

4. REPARATIONS, TRAITEMENTS OU CONFORTEMENTS

4.1. Le béton Les pathologies du béton sont diverses et induisent différents désordres tels que de la fissuration, la corrosion des armatures ou encore la dégradation des sections de béton. Les réparations ont pour but d’une part de rendre à l’ouvrage en béton armé son caractère monolithique mais également de stopper ou d’éliminer la pathologie à moyen terme.

4.1.1. Les réparations classiques Certaines pathologies du béton, comme par exemple la carbonatation, la lixiviation et l’attaque des bétons par les chlorures entrainent une dégradation de l’enrobage et parfois la corrosion des armatures passives. Ces phénomènes de corrosion engendrent par suite une fissuration, un faïençage, voire un décollement du béton d’enrobage. Les réparations classiques vis-à-vis de ces désordres consistent à purger le béton altéré, traiter les armatures corrodées, les suppléer et compléter si nécessaire pour enfin recomposer la section de béton initiale, au minimum. La purge du béton doit être tout d’abord suffisamment large et profonde pour que la réparation soit efficace. Ainsi, les armatures extérieures corrodées doivent être mises à nu sur des distances suffisantes afin de reconstituer l’enrobage avec un béton sain et protecteur (avec son caractère alcalin). Cette étape de suppression du béton existant peut être réalisée par plusieurs moyens comme le piquage/burinage (pouvant endommager les armatures en place), le sablage (poussière ou pollution des parties voisines) et l’hydro démolition (onéreuse et dégageant une eau à traiter). Une fois les sections de béton dégagées, il est nécessaire de traiter les armatures corrodées mises à l’air. Ce traitement débute par une suppression des produits des réactions de corrosion par un brossage métallique, un repiquage, un sablage, un grenaillage ou par de l’eau sous très haute pression. La mise en place d’un revêtement anticorrosion sur les armatures peut être utile si le mortier de restauration est à base de liants organiques ou s’il n’est pas mis en place immédiatement. Dans le cas où les sections d’armatures sont trop atteintes et diminuées par la corrosion, la mise en place d’armatures supplémentaires est évidente. Cette étape peut s’effectuer via un scellement de nouvelles barres dans le béton d’origine ou encore le soudage bout à bout et par recouvrement si le recouvrement classique n’est pas possible (géométrie, mise en place difficile, etc.). Une fois les sections d’aciers rétablies ou augmentées, la dernière étape consiste à recréer les sections minimales de béton, avec l’enrobage suffisant par rapport aux caractéristiques de l’environnement extérieur. Plusieurs méthodes existent pour cela. La première, la plus classique, consiste à mettre le béton en place par ragréage à la truelle ou par la mise en œuvre d’un coffrage localisé. La deuxième méthode, qui demande par ailleurs de protéger les



Page 43

surfaces alentours, est l’utilisation d’un béton projeté. Le béton projeté peut être mis en œuvre par voie sèche ou par voie humide. Cette méthodologie de réparation correspond en fait à la mise en place d’un nouveau béton, parfois plus adapté aux conditions du milieu extérieur (formulation selon la classe d’exposition de la norme NF EN 206-1), sans pour autant s’assurer d’éliminer de façon durable la pathologie. Cependant, ce type de réparation peut être suffisant si le projet est en adéquation avec la durée de vie restante de l’ouvrage (exploitation industrielle définie, etc.).

4.1.2. Les traitements spéciaux D’autres traitements existent, bien plus spécifiques et onéreux pour certains, en complément ou en remplacement des réparations classiques détaillées précédemment. Bien souvent, ces types de traitements sont retenus pour pallier à des contraintes d’exécution des travaux (sites occupés, processus industriel en fonctionnement durant les réparations, etc.). Le premier traitement spécifique est l’injection de fissures qui permet notamment de redonner à la structure son caractère structurel monolithique. Cependant, pour que la réparation soit pérenne, il est nécessaire de s’assurer de la non activité de la fissure traitée (ouverture de celle-ci au cours du temps), auquel cas la réparation n’aurait pour effet que de retarder le problème. L’utilisation d’inhibiteurs de corrosion est envisageable, par imprégnation depuis la surface de béton. Leur action peut différer selon leur type. Par exemple, l’inhibiteur peut recouvrir la surface de métal par adsorption et ainsi réduire les surfaces de réaction élémentaires. Dans un autre cas, il peut former des composés avec le métal et le liquide environnant et modifier ainsi les réactions d’interface. Dans tous les cas, la vitesse de corrosion est ainsi ralentie voire annulée. L’extraction des chlorures d’un béton est également envisageable, notamment par la polarisation d’une armature aux alentours du parement. Cette technique, qui consiste à créer un courant électrique ou galvanique, n’est réalisable que dans le cas où il existe une continuité électrique des armatures. Dans le cas où la protection des armatures n’est plus assurée par le caractère alcalin du béton, et notamment par un phénomène de carbonatation, un traitement de ré-alcalinisation du béton d’enrobage peut être réalisé. Cette protection est réalisée par le même phénomène électrochimique que pour l’extraction des chlorures. Ces deux traitements électriques sont des méthodes qui doivent être couplées à des modifications des relations entre le béton et le milieu extérieur pour assurer la pérennité de la réparation. Dans le cas contraire, ces techniques doivent être répétées autant de fois que nécessaire tout au long de la durée de vie de l’ouvrage car ces techniques n’empêchent pas le redéveloppement du phénomène pathologique.



Page 44

4.2. La maçonnerie Les maçonneries en pierre peuvent parfois présenter des désordres trop importants pour que des traitements de surface soient insuffisants pour assurer leur pérennité. Il peut s’agir de dégradations touchant les pierres ou les joints, et leur réparation doit alors être envisagée. Suivant l’état d’altération de l’ouvrage, plusieurs niveaux de réparations sont possibles, qui vont du simple traitement à la déconstruction / reconstruction en passant par le remplacement ponctuel de blocs de maçonnerie.

4.2.1. La substitution de blocs de maçonnerie Lorsqu’un bloc de maçonnerie est trop endommagé, tout en constatant un état de conservation du reste de l’ouvrage correct, il est possible de substituer ponctuellement les blocs défectueux par une nouvelles pierre naturelle. Cette méthode de réparation dite en « tiroir » comprend généralement les phases suivantes :

− Refouillement du bloc de pierre sur la totalité de sa surface par découpage jusqu’aux joints latéraux. Purge du matériau sur toute sa profondeur. L’épaisseur moyenne d’une substitution n’excède généralement pas 10 cm.

− Séchage du « défoncement » pendant plusieurs jours.

− Encastrement de la plaque de pierre de substitution dans le défoncement par scellement ou collage.

− Coulage des joints tout autour de la pierre neuve avec un mortier de préférence identique à celui d’origine.

− Rejointoiement sur un à deux centimètres de profondeur avec un garnissage et un bourrage du mortier au fer à joint.

Cependant, il est également possible de substituer la pierre par un mortier imitant l’aspect et le comportement de la pierre naturelle. Bien qu’il consiste à faire un faux, ce qui peut par ailleurs poser un problème d’éthique vis-à-vis d’ouvrages classés ou protégés, cette méthode parait être préférée au choix de laisser les intempéries dégrader les parties altérées. Cependant, cette solution, fréquemment utilisée, présente généralement une durabilité inférieure au changement de pierre.

4.2.2. L’injection de fissures Afin de redonner un caractère monolithique à la structure en maçonnerie, il est possible d’injecter les fissures et autres lézardes, tant qu’elles restent ponctuelles et qu’elles ne présentent plus d’activité (phénomène d’ouverture stoppé). Cette réparation, pour qu’elle soit efficace et pérenne, doit être appliquée à des parties d’ouvrages ne présentant pas de désordres supplémentaires graves (désorganisation de la maçonnerie, faïençage généralisé). Les différentes phases de l’injection des fissures sont :



Page 45

− La préparation de la fissure par un dépoussiérage à l’air comprimé et un nettoyage avec un solvant compatible avec la résine de collage.

− Le percement de trous d’injection (nombre et profondeur selon l’importance de la fissure à traiter).

− Le scellement des injecteurs (à la résine) et des évents suivi d’un temps de séchage suffisant.

− L’injection par gravité ou sous pression (0,5 à 3 bars).

4.2.3. Le rejointoiement La réfection des joints dégradés consiste à dégarnir les joints sur une profondeur de 2 à 3 cm et remettre en place un mortier de rejointoiement qui doit laisser respirer la maçonnerie. Théoriquement, la porosité et la capillarité du mortier de rejointoiement doivent être voisines de celle de la pierre. A sa mise en place, le mortier frais doit être serré au fer à joint. Cette compression permet d’assurer une bonne adhérence en fond de joint. Le rejointoiement est donc une réparation de surface (sur quelques centimètres) et permet de redonner au parement une nouvelle protection vis-à-vis des intrusions extérieures. L’aspect esthétique, en l’absence d’un enduis de façade, est à prendre inévitablement en considération.

4.2.4. La déconstruction / reconstruction Dans le cas où les désordres sont trop importants (désorganisation généralisée de la maçonnerie, rupture de continuité dans le voile, modification du comportement mécanique global de la structure, les réparations précédentes ne permettent pas de supprimer les désordres. L’unique solution restante et valable est alors de déconstruire et de reconstruire (à l’identique ou non) l’ouvrage. En fonction de l’état d’altération et la résistance mécanique des pierres en place, la seconde étape peut se baser sur le matériau extrait de la déconstruction afin d’assurer une qualité de finition et l’intégration du nouvel ouvrage dans son milieu d’origine. Cependant, l’altération probable de certains blocs entraine généralement la fourniture de nouvelles pierres pour la phase de reconstruction. Il s’agit alors de sélectionner celles-ci en accord avec les blocs existants remis en place.

4.2.5. Les autres traitements de façade D’autres réparations de façade existent pour rénover ou protéger celle-ci des intrusions diverses. Tout d’abord, des traitements biocides sont applicables sur la maçonnerie pour supprimer une colonisation biologique avérée. Après brossage de la surface à l’eau chaude pour préparer le support et éliminer le maximum de dépôts, l’application du produit biocide adapté se fait par pulvérisation ou au pinceau, de préférence par temps sec et en trois phases.



Page 46

Ce traitement agit généralement sous 4 à 5 semaines, après quoi un brossage de la maçonnerie permet d’éliminer les parties desséchées. Cette étape ne permet pas d’éliminer la colonisation biologique de façon durable. Une réflexion et une action sur l’origine de l’humidité dans les maçonneries doivent aussi être menées. Les salissures et autres dépôts présents sur la surface de la pierre, en imprégnation sous la surface ou encore sur l’épiderme de la pierre peuvent être traités par un nettoyage. Ce type de travaux est irréversible et induit une perte de matière de la pierre. Il convient donc de coupler cette étape à une phase ultérieure de réparation ou de protection de la pierre. Le nettoyage de la surface de la pierre peut être réalisé à l’eau sous faible pression, ou de façon mécanique par sablage, gommage fin ou hydro sablage fin. Afin de ne pas endommager la pierre plus que nécessaire, le sablage doit être effectué à une pression inférieure ou égale à 5 bars avec des poudres de diamètre inférieur à 200 microns. Les principes de nettoyage chimique existent également sur le marché, avec l’application de gels, pâtes ou compresses sur la surface de pierres. Des réactions de solubilisation et de complexation interviennent alors entre le produit et la pierre, même en profondeur. Bien qu’efficaces, ces traitements peuvent avoir des effets pervers comme l’intrusion de sels solubles dans les pierres.

4.3. Les matériaux métalliques Les ouvrages métalliques peuvent présenter des désordres tels que des ruptures fragiles de la fissuration ou encore des phénomènes de corrosion. Les réparations consistent généralement à remplacer ou conforter les sections métalliques en place en les liaisonnant à la structure existante par divers procédés d’assemblage. Ces réparations doivent tenir compte du fonctionnement mécanique de la structure initiale pour ne pas induire un comportement différent et par suite créer des désordres supplémentaires. Du point de vue des travaux en eux-mêmes, toutes les dispositions en termes de calculs de stabilité et en termes de sécurité sur site doivent être prises pour chaque étape intermédiaire de la réparation (notamment lors de suppression d’assemblages ou de sections efficaces existantes).

4.3.1. Techniques de réparation et renforcement des structures Diverses techniques de réparation existent dans le but de redonner à l’ouvrage sa stabilité et sa pérennité. La première méthode est le remplacement pur et simple d’éléments endommagés (le plus souvent ruinés). Cette technique, globalement possible dans des structures triangulées se doit d’être accompagnée d’un équilibrage des contraintes lors de la mise en place de la nouvelle pièce. Dans le cas contraire, cette dernière ne pourrait pas travailler comme prévu, du fait de la nouvelle répartition des efforts durant sa mise en place.



Page 47

Une autre technique de confortement est de réaliser un ajout de matière sur les structures dégradées (par la corrosion par exemple). Cette étape peut paraître aisée mais doit, comme dans le cas d’un remplacement d’un élément, être accompagnée d’un soulagement des efforts avant l’addition d’éléments afin que ces derniers puissent travailler sous poids propre uniquement. Ce « soulagement » peut être effectué par une installation d’appuis provisoires, par la mise en œuvre d’un effort de précontrainte provisoire ou par la dénivellation d’appuis. Une étude de stabilité doit être menée afin de dimensionner ces étapes de réparations et de répartition provisoire des efforts. Les zones difficiles d’accès ou certaines dispositions constructives anciennes sont sujettes au développement local de la corrosion. La pose d’une fourrure soudée (dans le cas d’aciers compatibles) peut être la solution pour limiter ou éviter le développement de corrosion à ces endroits.

4.3.2. Réparations par soudage Le soudage est un moyen d’assemblage et permet à ce titre de solidariser les ajouts de matière (en remplacement d’une pièce ou non) à la section initiale. Cependant, ce mode d’assemblage présente un risque lorsqu’il est appliqué sur des matériaux métalliques anciens, et donc potentiellement incompatibles avec ce type de traitement. Il en résulte alors un risque de développement de pathologies, par ailleurs énoncées et expliquées à travers ce projet telles que la fissuration à chaud, la fissuration à froid ou encore la fissuration par arrachement lamellaire. Le principe général du soudage, notamment dans le domaine des ponts en acier, est d’utiliser un arc électrique entre une électrode et les éléments à souder. Il y a alors fusion du métal de base et de l’électrode qui fournit donc du métal d’apport. Le point délicat est de protéger la soudure contre l’air, car l’oxygène et l’azote contribueraient à la formation d’oxydes et sulfures qui sont des inclusions fragilisant fortement la soudure. Cette protection vis-à-vis de l’air ambiant est effective par l’introduction de produits soit sur l’enrobage de l’électrode, soit sous forme poudre ou encore de gaz… Les procédés de soudage existants sont classés par la norme NF EN 24063.

4.3.3. Réparations par boulonnage Des boulons à haute résistance ont été utilisés en France dès les années 1950 pour la réparation et le renforcement de ponts-rails rivetés. Les ouvrages neufs ont même connu ce mode d’assemblage dans les années 1960 pour laisser place petit à petit au soudage. Cependant, les matériaux incompatibles avec le phénomène de soudure doivent toujours être assemblés d’une autre manière. Les assemblages boulonnés peuvent être sollicités par efforts perpendiculaires à l’axe des boulons (cisaillement des vis) ou parallèles à ceux-ci (efforts normaux), ou encore une



Page 48

combinaison des deux. Par ailleurs, les assemblages peuvent être précontraints ou non. Dans le premier cas, le boulon induit aux plaques assemblées des efforts de frottements pris en compte dans le dimensionnement de l’assemblage. Ainsi, le glissement des pièces n’est pas admis avant l’état limite ultime ou de service suivant les catégories d’assemblages. Les boulons non précontraints travaillent quant à eux en traction et résistent aux efforts de cisaillement. Il existe différents types de boulons (systèmes HR et HV, boulons HRC) qui sont tous définis par des normes (respectivement NF EN 14399-3, NF EN 14399-4 et NF E 25-812). Certains boulons sont plus particuliers comme par exemple les boulons hexagonaux injectés Qui permettent, en plus d’éviter tout risque de corrosion (caverneuse notamment), de prendre en compte des résistances de calcul supérieures aux boulons classiques (NF EN 1993-2). Enfin, les rivelons (ou boulons sertis), comme les boulons HR, transmettent les efforts par frottement. Seule la mise en œuvre diffère de ces deux assemblages. L’opération de pose des boulons sertis se termine par la rupture d’une tige étalonnée, ce qui assure un serrage correct.

4.3.4. Réparations par rivetage Le rivet est un élément d’assemblage définitif qui a très largement été utilisé, et ce depuis le XIX ème siècle avec la construction de ponts en arc, à poutres de treillis ou à âme pleine. Ce mode d’assemblage a été peu à peu mis de côté dans les années 1960 aux dépends de la soudure et du boulon à haute résistance. Comme pour les boulonnages, les assemblages rivetés se caractérisent par leur mode de sollicitation (effort de cisaillement, effort de traction ou effort incliné sur le plan du joint). Aujourd’hui, la pratique du rivetage est réservée au domaine de la réhabilitation des ouvrages dans le cadre de réparations ou renforcements. Cette technique est employée dans le cas de remplacement ou d’ajouts de pièces sur des matériaux incompatibles à la soudure. Dans les assemblages les plus sollicités, le desserrage d’un ou plusieurs rivets surcharge les rivets alentours et le défaut peut s’aggraver rapidement. Les rivets défectueux doivent donc être remplacés au plus vite.

4.4. Le bois

4.4.1. Les traitements vis-à-vis des insectes à larves xylophages Dans le cas d’une dégradation de pièces en bois par des insectes à larve xylophages, un mode opératoire précis doit être mis en place pour obtenir le meilleur résultat vis-à-vis du traitement. Tout d’abord, le bois infecté doit être préparé au traitement choisi. L’accès aux pièces défectueuses et une campagne de sondages permet d’une part de définir la zone qui devra être traitée. S’ensuit une opération dite de « buchage » qui traduit le fait de purger les volumes de bois détruits par la colonisation de larves et d’œufs. Cette étape est complétée par un brossage



Page 49

et un dépoussiérage afin de ne conserver que le bois encore sain. A ce stade seulement, le traitement curatif et par suite le traitement préventif peuvent être appliqués.

4.4.1.1.Traitements curatifs

Cette étape a pour but d’éliminer toute cause de dégradation présente dans le bois, c’est-à-dire tous les insectes, quel que soit leur stade de développement (œuf, larve, nymphe ou insecte).

• Traitement curatif chimique par fumigation Le traitement par fumigation est un traitement exclusivement curatif du bois afin de tuer les larves, nymphes et insectes présents dans les structures traitées. En France, ce traitement est interdit dans les locaux d’habitation (sauf autorisations spéciales du ministère de l’Agriculture) du fait de la toxicité des gaz employés. Les pièces en bois ou les bâtiments concernés par ce traitement sont enveloppés dans une bâche étanche au gaz. Ce milieu clos est ensuite saturé d’un gaz mortel pour les insectes à larve xylophage (larves, nymphes et insectes) sur une durée variable selon le gaz employé (bromure de méthyle, acide cyanhydrique, phosphure d’hydrogène, gaz carbonique). Le traitement doit être suffisamment long pour que les larves situées à l’intérieur du bois inhalent ce gaz.

• Traitement curatif physique par la chaleur Ce traitement curatif n’est utilisé en France que sur des pièces de bois isolées. Les larves xylophages ne résistent pas aux températures supérieures à 60 °C. De ce fait, le principe de ce traitement est de chauffer la pièce de bois infectée à une température supérieure à 60 °C durant un laps de temps suffisamment long pour que la chaleur se répartisse en profondeur. Pour une température de 70 °C par exemple, la durée de traitement varie de 6 à 24 heures pour des épaisseurs de bois de 50 à 300 mm. Ce procédé existe également en Allemagne pour des traitements de charpente par un système de projection de vapeur d’eau pendant une durée déterminée.

• Traitement curatif par injection Ce traitement est le plus commun et le plus utilisé en France. Il consiste à injecter un produit insecticide en profondeur dans la pièce de bois afin de détruire les larves par ingestion du bois traité. L’injection ne doit pas dépasser une pression de 5 bars afin d’éviter tout éclatement des fibres de bois ou tout rejaillissement du produit. Suivant le produit utilisé et les sections de bois concernées, il peut être nécessaire de réaliser des perçages dans la pièce dégradée afin d’y introduire l’insecticide. Ces forages sont le plus souvent réalisés en quinconce et adaptés à la géométrie rencontrée (assemblages, appuis, fissures, etc.).

4.4.1.2.Traitements préventifs

Le traitement préventif a pour but d’éviter toute intrusion ainsi que toute ponte d’œufs donnant naissance à des larves xylophages dans le bois. Il permet donc de prolonger la durée de vie de l’ouvrage vis-à-vis du risque de dégradation biologique.



Page 50

Cette protection apporte donc une durabilité conférée qui peut soit suppléer, soit remplacer la durabilité naturelle (duramen) d’une essence considérée. En fonction de la taille et de l’accès des pièces en bois concernées, ce traitement peut avoir lieu par injection ou par pulvérisation. Les produits utilisés peuvent être de deux types :

• Les « produits organiques » qui contiennent la matière active insecticide diluée dans un solvant pétrolier.

• Les produits hydro-dispersables ou émulsions, qui contiennent la matière insecticide concentrée dans un solvant organique et un émulsifiant. Ce mélange est dilué dans l’eau avant application.

Les émulsions ont l’avantage d’être moins inflammables. Elles sont donc privilégiées dans des environnements peu ou pas ventilés. Généralement, les produits de préservation précédemment énoncés sont appliqués sur les pièces de charpente. Pour les essences résineuses, le traitement vise à protéger la structure du Capricorne des maisons et de la Petite Vrillette. Pour ce qui est des essences feuillues, le produit sera principalement choisi en fonction de son efficacité vis-à-vis du Lyctus.

4.4.2. Les traitements vis-à-vis des Termites Etant donné que la grande majorité des dégâts observés ces dernières décennies concernent les Termites souterrains, les traitements curatifs et préventifs présentés ci-après ne concernent que cette espèce. Les Termites de bois sec n’étant présents que dans les pièces de bois, les traitements associés seront par conséquent limités à ces zones là.

4.4.2.1.Traitements curatifs Les traitements curatifs sont plus complexes que ceux contre les Coléoptères car ils intègrent l’ensemble du bâti ainsi que l’environnement extérieur. Dans tous les cas, un diagnostic doit être réalisé en amont afin de localiser les zones infestées par les Termites souterrains et ainsi améliorer l’efficacité du traitement.

• Traitement par barrière chimique Ce traitement consiste à ériger une barrière chimique pour protéger la construction. Il est donc nécessaire d’étendre le traitement aux sols, aux murs, et aux bois de tous les étages infestés ainsi qu’aux bois de l’étage immédiatement supérieur. Le traitement des pièces de bois est comparable au traitement préventif, précédé d’un bûchage et dépoussiérage des zones concernées. Le produit anti-termite utilisé est lui aussi semblable à celui du traitement préventif, avec cependant des concentrations souvent plus élevées. Les sols extérieurs sont traités par lala mise en place d’une barrière chimique située à moins de quarante centimètres des murs. Cette barrière est réalisée soit par injection (d’une profondeur de 40 cm), soit par creusement d’une tranchée de 40 cm et imprégnation des parois de celle-ci. Les sols intérieurs, quant-à-eux, sont traités par épandage ou par injection (en lignes ou quadrillages). Des mesures concernant ces traitements doivent être prises vis-à-vis de la préservation des eaux souterraines.



Page 51

Les murs périphériques, les murs de refend et les caves voûtées sont traités par injection d’un produit anti-termite. Ce produit est appliqué en surface des murs de sous-sol et en profondeur (par une barrière d’injections) à la base des murs périmétriques.

• Traitement par disposition d’appâts toxiques Le principe de ce traitement est de mettre à disposition des Termites souterrains des sources de cellulose. Les appâts (en premier lieu inoffensifs) qui sont visités par les Termites sont alors remplacés par des appâts toxiques contenant des molécules termicides. Ces molécules, ingérées par les ouvriers, vont se répandre dans toutes les castes jusqu’au cœur de la colonie du fait de l’organisation de celle-ci au niveau de l’alimentation (les ouvriers nourrissent les autres castes). La diminution de la population est alors amorcée jusqu’à ce que le nombre d’insectes dans la colonie soit insuffisant pour sa survie. Ce traitement nécessite également une surveillance ou une maintenance du dispositif à travers des visites régulières sur site. Le traitement dure généralement une année et la surveillance du site peut même être permanente en fonction des résultats obtenus. Actuellement, en France, on utilise deux produits toxiques :

- L’ hexaflumuron qui inhibe la mue des insectes, - Le sulfuramid qui, par ingestion, agit sur l’équilibre énergétique de la cellule.

• Utilisation d’agents biologiques

Certains agents biologiques comme des nématodes ou des champignons peuvent être particulièrement efficaces contre les Termites. Ces agents permettent, contrairement aux barrières chimiques et autres appâts toxiques, de ne pas détruire les autres espèces participant à l’équilibre biologique de l’environnement proche du bâti concerné. Les nématodes (en l’occurrence l’espèce Neoplectana carpocapsae) sont des vers vivant dans le sol qui se nourrissent des organes internes des Termites. Ces vers développent également des bactéries qui tuent ces insectes. Les champignons entomopathogènes sont aussi efficaces en produisant des toxines qui contaminent les Termites souterrains. Ils peuvent être utilisés comme appâts toxiques.

4.4.2.2.Traitements préventifs Le traitement préventif contre les Termites souterrains est possible une fois que l’absence de ces insectes est avérée. Ce traitement s’applique au sous-sol et rez-de-chaussée du bâtiment ainsi qu’aux sols alentours. Seule la technique d’imprégnation d’un produit chimique est valable et permet de protéger l’ouvrage dans le temps. La protection du bâti se fait par une barrière chimique appliquée à l’ensemble des matériaux situés en pied d’ouvrage. Les sols sont traités par épandage, par injection ou par imprégnation des parois d’une tranchée creusée au préalable. Le principe du traitement préventif est de créer un effet « barrière » via une action répulsive ou létale. Les produits utilisés diffèrent suivant le matériau protégé. Des normes en vigueur requièrent un certain niveau d’efficacité des produits mis en place (sur le bois : EN 599.1, sur les murs et sols : NF X 41.540 et NF X 41.541).



Page 52

4.4.3. Les traitements vis-à-vis des champignons lignivores Les champignons présents dans les bâtiments peuvent être éradiqués par des traitements curatifs dits « fongicides ». Une protection préventive vis-à-vis de futures infestations est également généralement appliquée sur les pièces de bois, notamment sur celles qui sont exposées à des taux d’humidité importants.

4.4.3.1.Traitements curatifs Dans cette partie, il est important de distinguer des pathologies observées à l’intérieur et à l’extérieur du bâtiment. En effet, les techniques et produits diffèrent suivant les conditions environnementales (intempéries, etc.).

• Traitement curatif à l’intérieur des bâtiments Le traitement curatif se déroule en trois phases. La première consiste à « assécher » les locaux en supprimant toute source d’humidité anormale (fuite, ruissellement…). La dépose des revêtements imperméables et la ventilation des locaux doit permettre de ramener le taux d’humidité en dessous de 20 %. Les pièces de bois doivent alors être sondées afin de repérer les zones à renforcer ou remplacer. La deuxième phase permet de traiter le sol et les maçonneries. Pour cela, les revêtements doivent être retirés et les murs mis à nu (par piquage par exemple). Les murs en maçonnerie sont alors brûlés au chalumeau ou éliminer le mycélium et les cordonnets présents en surface et en profondeur des murs. Le traitement des murs est achevé par injection puis par pulvérisation d’une solution aqueuse compatible avec la basicité des murs et des joints de maçonnerie. La troisième et dernière phase concerne les pièces de bois. Celles-ci sont tout d’abord bûchées, brossées et décapées pour éliminer les parties déjà dégradées par l’attaque fongique. Les pièces de bois abîmées sont soit remplacées (partiellement ou totalement), soit traitées par de la résine. L’injection et la pulvérisation (300 g/m²) du bois resté en place termine le traitement.

• Traitement curatif des bois à l’extérieur Ce type de traitement n’est utilisé que lorsque l’on ne peut pas mettre le bâtiment hors d’eau (mauvaise conception, exposition sévère aux intempéries, etc.). Il consiste, après purge de toute pourriture visible, à appliquer un produit solide ou un implant capable de fondre dans le bois humide à un taux supérieur à 25 %. Les matières contenues dans ces produits peuvent être des sels de bore ou du bifluorure de sodium (à forte concentration). Les implants les plus efficaces sont des « bâtonnets boraciques » et sont installés dans le bois suivant une implantation définie en amont. La dose curative est d’environ 5 kg d’acide borique (sels de bore) par mètre cube de bois. Enfin, une application de lasure est généralement effectuée (notamment sur des pièces en lamellé-collé) afin de protéger le bois d’un excédent d’humidité provenant de l’environnement extérieur. En effet, le produit curatif appliqué étant soluble, il risque d’être « lessivé » en cas de flux continu d’humidité au sein du bois.



Page 53

4.4.3.2.Traitements préventifs Le traitement préventif contre les champignons est toujours combiné au traitement préventif contre les insectes. Le traitement appliqué est en réalité toujours à la fois fongicide et insecticide. Seuls les produits ainsi que leur concentration changent suivant la durabilité naturelle de l’essence considérée (classe de durabilité allant de 1 : « très durable » à 5 : « non durable » - NF EN 350.2). Le traitement s’applique donc par imprégnation (sous pression ou non suivant la qualité de l’essence rencontrée) et constitue une barrière pour les champignons et les insectes.



Page 54

5. GUIDE « PATHOLOGIES – REPARATIONS – COUTS » L’objet du Projet de Fin d’Etudes est de réaliser, en relation avec l’activité du service « Pathologies / Structures », un guide traitant des pathologies directement liées au matériau et à ses caractéristiques. Les désordres liés uniquement à la structure d’un ouvrage, à son fonctionnement ou à son exploitation ne sont pas concernés puisqu’ils dépendent d’autres facteurs pouvant relever de la conception, du dimensionnement, de l’exploitation, etc.

5.1. Présentation du projet de guide et objectifs

5.1.1. Définition des besoins Les besoins du guide ont été établis après l’analyse de l’activité du service Pathologie / Structure, du travail des chargés d’affaires et du déroulement de différentes affaires de diagnostic. Plusieurs points ont été mis en évidence, conduisant au besoin d’un tel guide. Tout d’abord, l’activité du service est majoritairement basée sur des missions de diagnostic et d’expertise sur des ouvrages en béton armé. Certains projets concernant des structures en maçonnerie complètent le portefeuille d’affaires de l’agence. Les chargés d’affaires sont donc plutôt spécialisés au niveau du matériau béton armé ou non armé, mais ont peu ou pas de retour d’expérience au niveau des pathologies liées au métal, au bois, et à certains types de maçonnerie. Ceci conduit donc à produire un outil qui doit rassembler les pathologies existantes sur les différents matériaux de structure en apportant également un aperçu des méthodes de diagnostic et des réparations possibles liées à ces pathologies. L’analyse du déroulement des missions de diagnostic ou d’expertise a permis de voir l’importance d’avoir des connaissances sur les détails des pathologies possibles. La corrélation de ces données, si elles sont vérifiées lors de l’affaire, permet de mettre en évidence la présence d’une pathologie. Enfin, le manque de retour d’expérience de l’agence sur des missions de maîtrise d’œuvre, notamment concernant les matériaux tels que la maçonnerie, le bois ou le métal, ne permet pas d’avoir une vision rapide et sommaire du coût des travaux de réparation d’une pathologie que les chargés d’affaires pourraient fournir au client à titre indicatif. En effet, certains clients apprécient le fait d’avoir un ordre de grandeur du coût d’un projet de réparation ou de confortement, avant même de lancer des procédures de chiffrage et de consultation des entreprises. Il est donc nécessaire dans ce guide de fournir une estimation globale du coût d’une réparation. Ce coût doit pouvoir être ajusté pour tenir compte du contexte des travaux.



Page 55

5.1.2. Contraintes et limites du projet La principale contrainte du guide est de réaliser un outil simple et rapide à consulter. Le chargé d’affaire doit pouvoir trouver en peu de temps l’information qu’il cherche, et ce à chaque étape d’une affaire de diagnostic. La forme retenue du guide pour répondre à cette contrainte est de fournir un recueil de « fiches pathologie ». Ces fiches, classées par matériaux et par type d’attaque, se limiteront à une page et seront toujours organisées de la même manière. Chacune d’elles contiendra :

- Le nom de la pathologie, - La description des désordres liés à la pathologie, - Les causes possibles de la présence et/ou du développement de la pathologie, - La description et l’explication technique, physique ou chimique du phénomène

engendré par la pathologie, - Les méthodes possibles (in situ ou en laboratoire) pour mettre en évidence la

pathologie, - La liste des réparations possibles, - Le coût unitaire des réparations listées.

Comme énoncé précédemment, le guide devra traiter des pathologies les plus courantes en France au niveau des principaux matériaux de construction, à savoir :

- Le béton (armé ou non armé) - La maçonnerie - La construction métallique - Les structures en bois

Il est également important de définir les limites du projet afin de le cerner complètement. Tout d’abord, ce guide ne traitera que des pathologies liées aux matériaux, et non des pathologies de structure. Ces dernières peuvent être dues à un mauvais dimensionnement, une conception défaillante ou à des défauts de mise en œuvre. Enfin, au travers des « fiches pathologie », le guide se limitera à une description technique, physique ou chimique succincte du phénomène pathologique. Le but de cette explication étant de fournir rapidement au lecteur les informations clés du problème.

5.1.3. Définition de la problématique La mise en évidence des besoins, des contraintes et des limites du projet nous mène à définir la problématique générale de ce dernier. La question est donc de définir un outil de consultation simple traitant des pathologies des matériaux de construction à travers ses origines, les phénomènes physiques, chimiques ou techniques mis en jeu, ainsi que l’estimation financière des travaux de réparation associés.



Page 56

5.1.4. Objectif à moyen et long terme du guide Ce guide est destiné dans un premier temps à être consulté par les chargés d’affaires de l’agence GINGER CEBTP de Hœnheim (67). Il pourra, sous réserve de l’accord du comité national Pathologie / Matériaux, être diffusé à l’ensemble des agences de France. Ce guide est destiné à fournir les explications et données sur les pathologies des matériaux peu ou pas rencontrées par les chargés d’affaires. L’estimation financière pourra être utilisée en cas de demande par le client du coût possible de telles réparations. Ces données ne pourront être données qu’à titre indicatif.

5.2. Inventaire des pathologies et des désordres associés La première étape de la réalisation du guide, après avoir défini les besoins, contraintes et limites, est de faire l’inventaire des pathologies des matériaux existantes, de les répertorier et de les classer selon leur type.

5.2.1. Stratégie d’avancement Afin d’inventorier l’ensemble des pathologies existantes pour chacun des matériaux traités, il a tout d’abord été nécessaire de réaliser des recherches documentaires sur ces derniers afin de connaître leurs caractéristiques physiques, chimiques et mécaniques, et par suite les environnements potentiellement agressifs ou propices au développement d’une pathologie. Une fois les différentes causes de pathologies définies (environnement biologique, chimique, présence d’eau, défauts initiaux, incompatibilités, etc.), il est possible de lister toutes les pathologies existantes et de retenir les plus importantes et/ou dangereuses.

5.2.2. Résultats L’inventaire réalisé nous conduit à un recueil de 54 pathologies sur l’ensemble des quatre types de matériaux considérés. Elles sont répertoriées dans les quatre figures suivantes. Sans surprises l’environnement extérieur, soit pollué, soit agressif vis-à-vis du matériau, joue un rôle important dans l’existence et le développement de pathologies. Que ce soit au niveau biologique notamment pour le bois, que d’un point de vue chimique pour le béton ou la maçonnerie, l’environnement extérieur agit indubitablement sur le matériau. Par ailleurs, certaines autres données comme par exemple l’exploitation ou la modification d’une partie de l’ouvrage peuvent conduire à modifier le comportement des matériaux en place et à causer des désordres irréversibles.



Page 57



Page 58



Page 59

5.3. Description technique des pathologies et des réparations possibles

5.3.1. Une base de données historique du groupe Ginger Le groupe GINGER et sa filiale GINGER CEBTP possèdent plusieurs dizaines d’agences en France avec notamment des pôles ou services spécifiques à chaque matériau de construction. J’ai pu, par l’intermédiaire de ce réseau, avoir accès à un certain nombre d’informations et conseils pour comprendre les phénomènes pathologiques des matériaux abordés lors de ce projet. Que ce soit sur la base de documents internes de formation ou par l’intermédiaire de différents retours d’expérience, j’ai pu compléter mes recherches sur les matériaux peu abordés à l’agence d’Hœnheim (construction métallique, bois). Les divers échanges avec les spécialistes des différents matériaux des pôles de GINGER (pôle « chimie », pôle « Bois », pôle « Maçonnerie, Monuments Historiques ») m’ont également permis de comprendre en profondeur les causes et les phénomènes de développement des pathologies considérées. Ces contacts ont d’ailleurs servi pour valider, du point de vue technique, les conclusions de ce projet.

5.3.2. Un aperçu réel in situ Outre les informations recueillies de façon théorique, j’ai pu appréhender sur le terrain certaines pathologies à travers des projets de diagnostics. Cet aspect m’a aussi permis de considérer l’importance de l’environnement extérieur ainsi que les précautions de mise en œuvre et d’exploitation. La connaissance des méthodes de diagnostic, les aspects techniques et chimiques des phénomènes anormaux ou encore les corrélations entre les différents résultats d’essais sont autant de points que j’ai amélioré par la réalisation de missions de diagnostic durant ce projet. J’ai en effet eu à analyser des rapports de chimie et de microstructure, faire la synthèse de détections d’armatures, apprécier les résultats des campagnes d’auscultations soniques ou d’essais de résistance à la compression dans le but de confirmer ou d’écarter les pathologies suspectées.

5.3.3. Résultat Finalement, les connaissances théoriques (à travers les retours d’expérience, les documents internes et les diverses recherches documentaires) et pratiques collectées tout au long de ce projet m’ont permis d’expliquer techniquement les phénomènes pathologiques sur les principaux matériaux de structure.



Page 60

5.4. Estimation financière des travaux de réparation Le guide doit également proposer un coût des réparations listées dans chaque « fiche pathologie ». Cette estimation financière doit pouvoir être adaptée au contexte rencontré par un chargé d’affaires sur un projet. Ces prix sont obtenus sur la base d’expériences et en contactant certaines entreprises travaux.

5.4.1. L’approche de l’estimation d’un coût Le coût des travaux de réparation peut varier très fortement en fonction du contexte et de la situation rencontrée. En effet, plusieurs facteurs peuvent influencer le coût global des travaux :

- Les difficultés d’accès : Travaux de dépose nécessaires de faux-plafonds, de revêtements, autres phases préparatoires, accès aux combles, nécessité de matériel d’accès comme un échafaudage ou une nacelle, etc.

- Les conditions de travail : Travail sur site industriel ou chimique occupé, plages horaires inhabituelles, risque chimique, autres restrictions vis-à-vis de la mise en sécurité, etc.

- L’ aspect esthétique requis : travaux enterrés, travaux de façade, travaux dans des combles aménagés ou non, etc.

- La variation du coût de la construction : variation globale du coût de la construction prenant notamment en compte l’inflation, l’augmentation des frais d’entreprise travaux, etc.

Pour tenir compte de ces principaux facteurs, j’ai proposé que les coûts des travaux de réparation soient calculés selon la formule suivante :

( ) βγαγαγα ⋅⋅+⋅+⋅+⋅= 3322111baseCC

Avec : � C : Coût unitaire de la réparation considérée adaptée au contexte évalué par le

chargé d’affaires

� baseC : Coût unitaire de base fixé pour chaque type de réparation. Ce prix est fourni

dans chaque « fiche pathologie » et correspond au prix minimal des travaux sans prise en compte des facteurs cités précédemment.

� 1α : Coefficient de pondération vis-à-vis des difficultés d’accès et/ou des travaux

préparatoires nécessaires à la réparation. Ce coefficient est donné dans chaque « fiche pathologie ».

� 1γ : Coefficient d’évaluation des difficultés d’accès et/ou des travaux préparatoires

nécessaires à la réparation. La valeur de ce coefficient est évaluée par le chargé d’affaires, en fonction de la situation rencontrée et en s’appuyant sur le tableau suivant :



Page 61

Valeur de 1γ Contexte

0 Aucune phase préparatoire nécessaire Pas de travaux de dépose Pas de matériel d’accès particulier et/ou supplémentaire nécessaire

1 Travaux préparatoires très légers n’entrainant pas de destruction (dépose de faux plafonds, déménagement, etc.) Matériel d’accès sommaire (échafaudage classique, etc.)

2 Travaux préparatoires raisonnables (dépose de revêtements muraux, sols) Matériel d’accès conséquent (échafaudage grande hauteur, plateformes spéciales de travail)

3 Travaux préparatoires importants Matériel d’accès onéreux (nacelle automotrice, autres engins de location)

4 Travaux préparatoires très importants (destruction) Moyens matériels d’accès exceptionnels

Tableau 2 : Estimation de la valeur de1γ

� 2α : Coefficient de pondération vis-à-vis des conditions de travail imposées lors des

travaux de réparation. Ce coefficient est donné dans chaque « fiche pathologie ».

� 2γ : Coefficient d’évaluation des conditions de travail imposées lors des travaux de

réparation. La valeur de ce coefficient est évaluée par le chargé d’affaires, en fonction de la situation rencontrée et en s’appuyant sur le tableau suivant :


0 Aucunes restrictions vis-à-vis des conditions de travail

1 Adaptation mineure des conditions de travail (emprise du poste de travail limitée, circulations diverses, etc.)

2 Travail en site industriel occupé sans risque chimique, électrique ou autre Adaptation des postes de travail en fonction de l’activité environnante

3 Horaires de travail inhabituels (nuit, week-ends, jours fériés) et/ou restrictions importantes des conditions de travail (risque chimique, électrique ou autre)

4 Conditions de travail exceptionnelles nécessitant une réorganisation totale de l’entreprise travaux par rapport aux réparations classiques Restrictions sur le matériel utilisé (AtEx par exemple)




Page 62

� 3α : Coefficient de pondération vis-à-vis de l’aspect esthétique requis pour les travaux

de réparation. Ce coefficient est donné dans chaque « fiche pathologie ».

� 3γ : Coefficient d’évaluation de l’aspect esthétique requis pour les travaux de

réparation. La valeur de ce coefficient est évaluée par le chargé d’affaires, en fonction de la situation rencontrée et en s’appuyant sur le tableau suivant :


0 Ne s’applique pas à la réparation considérée (exemple : épandage de produit anti-termite, disposition d’appâts toxiques anti-termites Travaux enterrés

1 Travaux sans demande particulière d’aspect esthétique, travaux dans des combles inaccessibles, caves peu fréquentées, vide-sanitaires, etc.

2 Réparations visibles mais sans précautions particulière. Finition correcte exigée

3 Réparations sur façades, toitures, charpentes apparentes Visibilité des travaux relativement élevée Finition soignée exigée

4 Réparations sur des façades ou ouvrages classés / Monuments historiques


� β : Coefficient prenant en compte la variation du coût de la construction. Ce

coefficient est basé sur l’Indice du Coût de la Construction publié par l’INSEE chaque trimestre. Le calcul pour déterminer ce facteur est le suivant :

1638actuelICC

=β

L’indice actuelICC correspond à l’Indice du Coût de la Construction au moment de

l’estimation faite par le chargé d’affaires (donc le plus récent). La valeur correspondante est consultable sur le site Internet de l’INSEE1. Le dénominateur de la précédente fraction correspond à la valeur de l’indice ICC au moment de la réalisation de ce guide. Remarque : Si le chargé d’affaires évalue un ou plusieurs coefficients γ égal à 4, il est

nécessaire de considérer le prix obtenu avec précaution. En effet, les mesures exceptionnelles (correspondant à l’échelon 4) peuvent parfois alourdir le coût des réparations de façon bien plus importante que prévu. Une étude approfondie ou le découpage du projet de réparation (en estimant à part entière le caractère exceptionnel des travaux) peut permettre d’affiner l’estimation financière des travaux considérés.

1 Indice ICC consultable sur le site : http://www.insee.fr/fr/themes/conjoncture/indice_icc.asp



Page 63

5.4.2. Une base de données sur les affaires passées du groupe Ginger CEBTP

La détermination des coûts unitaires des réparations a ensuite été basée sur les différentes informations et divers retours d’expérience sur des missions de maîtrise d’œuvre et de consultation d’entreprises dans le cadre de réparations ou confortements d’ouvrages. J’ai donc pour cela fait appel au réseau national du groupe GINGER CEBTP afin de recueillir un maximum de données chiffrées de travaux de réparation liés aux pathologies traitées dans ce projet. L’étude des prix corrélés au contexte de chaque affaire m’a permis de pondérer plus ou moins l’influence des paramètres indiqués dans la modélisation de coût unitaire (cf. paragraphe 5.4.1.). Une moyenne des différents prix et une étude de la dispersion des prix m’a également servi pour affiner les coûts unitaires fournis dans le guide.

5.4.3. Une démarche vers les entreprises travaux Dans le cas où la quantité de données était moins importante, j’ai approché certaines entreprises travaux spécialisées afin d’obtenir des ratios ou des intervalles de prix habituellement appliqués. Malheureusement, tous ces essais sont restés vains face aux refus des entreprises, qui ne souhaitaient pas divulguer ce genre d’informations. Finalement, malgré ce point négatif, il a été possible de recueillir suffisamment de prix ou d’informations auprès de professionnels afin de déterminer le coût de base et les coefficients de pondération nécessaires à l’évaluation d’un coût d’une réparation par le chargé d’affaires.



Page 64

CONCLUSION La réalisation du guide « Pathologies - Réparations - Coûts » a permis d’apporter un outil d’amélioration et un support à destination des chargés d’affaires au sein de l’agence GINGER CEBTP de Hœnheim. Le travail de collecte et de fusion des données du groupe GINGER effectué à travers la réalisation de ce guide a développé la communication entre les différents services. Cet aspect a également montré l’avantage d’une telle organisation (regroupement d’agences, de pôles spécialisés, etc.). En effet, ce projet n’aurait pas conduit au même résultat dans une petite organisation. L’interaction des différents services techniques du groupe a contribué à la mise en commun de diverses informations et de plusieurs retours d’expérience complémentaires. D’un point de vue plus personnel, ce projet m’a demandé un travail de recherche, de compréhension, d’analyse et de synthèse important. Il m’a donc fallu développer une organisation sur le court et le moyen terme ainsi qu’une gestion de projet sur plusieurs mois. De plus, la rédaction de ce guide m’a permis de réaliser des missions de diagnostic au sein de l’agence en mettant en pratique les connaissances acquises. Cette expérience de quelques mois m’a permis d’avoir une vision sur la durabilité des ouvrages et sur leur conservation. Elle m’apportera certainement une conception plus réfléchie sur la vie future de l’ouvrage à travers les méthodes de construction. En effet, les problématiques de mise en œuvre et du choix des matériaux trouvent inévitablement leur place dans un contexte de gestion économique du patrimoine dans le temps. Quoi qu’il en soit, la volonté croissante de conserver le patrimoine existant et l’essor des projets de réhabilitation dans le domaine du BTP montrent que les problématiques d’altération ou de développement de pathologies sont de plus en plus d’actualité. Les missions de diagnostic ont donc, de par leur statut d’expertise, un rôle central et sont finalement la pierre angulaire des projets de réhabilitation associés.



Page 65

MISSIONS REALISEES EN AGENCE Dans le cadre de mon projet, j’ai participé à certains projets de diagnostics ou autres missions du secteur Pathologies / Structures de l’agence GINGER CEBTP d’Hœnheim. Les différentes étapes que j’ai réalisées sont listées ci-après. • Diagnostic de la Brasserie METEOR à Hochfelden (67) (Bâtiment industriel en béton

armé présentant des phénomènes visibles de corrosion d’armatures et de fissuration/décollement de béton d’enrobage) - Réalisation du diagnostic sur site (inspection visuelle, détection d’armatures,

carottages, tests de carbonatation, prélèvements d’eau...), - Dépouillement des résultats, établissement des plans et relevés photographiques des

désordres, - Rédaction partielle du rapport de diagnostic comportant l’analyse de la gravité des

désordres, les sujétions de réparations et l’étude des causes des pathologies. • Diagnostic du bâtiment 011 de la Caserne Rabier à Sarrebourg (57) (Bâtiment

militaire en maçonnerie briques présentant des affaissements de planchers et concerné par un projet de réhabilitation) - Réalisation du diagnostic sur site (inspection visuelle, détection d’armatures,

carottages, relevé visuel des structures, prélèvements, reconnaissance de fondations, sondages géotechniques...),

- Dépouillement des résultats, établissement des plans et relevés photographiques des désordres,

- Rédaction du rapport de diagnostic comportant l’analyse de la gravité des désordres, la restitution de la structure porteuse, l’estimation de la capacité portante des fondations, des voiles et la vérification aux Eurocodes d’un plancher à ossature bois.

• Diagnostic de deux anciennes fermes à Gugnécourt (88) (Deux bâtiments en

maçonnerie de pierre naturelle concernés par un potentiel projet de rénovation et de réhabilitation) - Réalisation du diagnostic sur site (inspection visuelle, prélèvements d’échantillons de

maçonnerie), - Réalisation des essais en laboratoire (description macroscopique des roches, campagne

d’auscultation sonique, essais de résistance à la compression), dépouillement des résultats, établissement des plans et relevés photographiques des désordres,

- Rédaction partielle du rapport de diagnostic comportant l’analyse de la gravité des désordres, l’estimation de la capacité portante des maçonneries, la description des réparations nécessaires et leur estimation financière.



Page 66

• Diagnostic d’un massif de colonne à l’usine Rhodia à Chalampé (68) (Fondation en béton armé destinée à porter une nouvelle structure) - Etablissement du devis suite à une demande d’inspection et de diagnostic en vue de

déterminer l’état d’altération (béton, armatures et tiges d’ancrage) de la structure. • Diagnostic de l’école René Cassin à Kogenheim (67) (Bâtiment en maçonnerie en

moellons présentant une fracture toute hauteur sur une des façades. Diagnostic orienté sur ce désordre) - Réalisation du diagnostic sur site (inspection visuelle, reconnaissance de fondations et

de la structure, instrumentation d’une fracture par l’installation de trois capteurs de déplacement),

- Analyse des résultats de l’étude géotechnique, corrélation des différents résultats obtenus par l’étude,

- Rédaction partielle du rapport de diagnostic, conclusions partielles sur la cause de la fissuration observée, analyse de la gravité des désordres relevés.

• Diagnostic des pathologies d’une structure « dalle-poteaux-poutres » des Salines du Midi à Varangéville (54) (Structure porteuse en béton armé supportant une partie du processus industriel et présentant de multiples signes d’altération) - Réalisation d’une partie du diagnostic sur site (inspection visuelle, relevé des capteurs

de déplacement, relevé de la géométrie de la structure), - Analyse des résultats des divers rapports d’essais (instrumentation vibratoire, rapports

de chimie et de microstructure sur les bétons, rapports d’essais de traction des aciers), analyse et conclusions structurelles vis-à-vis des résultats de l’instrumentation statique, établissement des plans et relevés photographiques des désordres,

- Rédaction du rapport de diagnostic rassemblant l’ensemble des conclusions des différents essais et analyses ainsi que la synthèse et la gravité des pathologies relevées.

• Diagnostic du bâtiment annexe à la piscine d’Obernai (67) (Bâtiment principal, grand

bassin et local technique en béton armé concernés par un projet de rénovation) - Préparation de l’investigation sur site avec repérage des sondages, visites et réunions

préalables, - Réalisation du diagnostic sur site (inspection visuelle, détection des armatures,

repérage des structures, sondages et carottages des structures porteuses), - Analyse et détermination du degré coupe-feu des différentes structures porteuses,

estimation des charges d’exploitation admissibles à différents niveaux de la structure, - Rédaction du rapport de diagnostic rapporté à l’étude du bâtiment principal,

comprenant la synthèse des désordres et les résultats obtenus des études structurelles.

• Suivi et conclusion de l’instrumentation de fissures sur une écluse à Kembs (68) - Réalisation du rapport final de l’instrumentation sur une période de 5 ans de trois

fissures à différents niveaux de la structure d’une écluse. Conclusions sur l’activité et la dangerosité des fissures dans le court et moyen terme.



Page 67

BIBLIOGRAPHIE

� BETON [1] OSTA René, Connaissance du béton, GINGER CATED, Décembre 2011, 138 pages. [2] TACHE G., Réaction sulfatiques internes dans les bétons, version 4, GINGER CEBTP (document interne), Novembre 2007, 8 pages.

� MACONNERIE [1] LAZZARINI Lorenzo, La dégradation et la conservation de la pierre, Texte des cours internationaux de Venise sur la restauration de la pierre, 265 pages. [2] LETAVERNIER Gilles, OZOUF J.C., La gélifraction des roches et des parois calcaires, Bulletin de l’Association française pour l’étude du quaternaire – Volume 24 – Numéro 3 – 1987, 6 pages. [3] BROMBLET Philippe, Guide « Altération de la pierre », Association MEDISTONE, 2010, 32 pages. [4] POINEAU Daniel, BOUINEAU Alain, Guide FABEM 6.1, Réparation et renforcement des maçonneries - Généralités et préparation des travaux, Syndicat National des Entrepreneurs Spécialistes de Travaux de Réparation et Renforcement de Structures (STRRES), Mai 2011, 221 pages. [5] LHENRY Gaël, La Pierre - Matériau et Production, Ecole d’architecture du Languedoc-Roussillon, Décembre 2000, 122 pages. [6] DALY F., Surveillance, entretien, et réparation des ouvrages de navigation intérieure en maçonnerie, Division Voies navigables, Septembre 1996, 102 pages [7] GINGER CATED, Réfection des maçonneries, GINGER CATED, Novembre 2010, 15 pages.



Page 68

� BOIS [1] DIROL Danièle et al, Durabilité des bois, Traité MIM – Mécanique et Ingénierie des Matériaux, Hermès Science publications, Janvier 2001, 415 pages. [2] LE GOVIC Claude, Stage 607 : Pathologie des ouvrages bois – traitements – reprises, GINGER CEBTP SOLEN, 2006. [3] COURARD Luc, Constructions : Matériaux et Pathologies, Université de Liège, 288 pages.

� METAL [1] PERSY Jean-Paul, Réparations et Renforcement par soudure d’ouvrages d’art en fer puddlé, Labo P. et Ch., 1984, 13 pages. [2] POUSSET M.A., Arrachement lamellaire, CTICM, Construction métallique - n°1 - Note technique n°42, mars 1975, 14 pages. [3] CARPREAU Jean-Michel, Fissuration et soudage, EDF, 8ème colloque Modélisation et simulation numérique du soudage, 25 mars 2010, 37 pages. [4] BERANGER Gérard, Corrosion des métaux et alliages - Mécanismes et phénomènes, Hermès Science Publications, 2002, 411 pages.

� AUTRES REFERENCES Plaquettes de présentation et d’information du groupe GRONTMIJ et de sa filiale GINGER.

PROJET DE FIN D’ETUDES -...

Documents

Transcript of PROJET DE FIN D’ETUDES -...