1. Matinée d’information du STRRES
PROTECTION DES BETONS EN ZONE LITTORALE
mercredi 27 novembre 2013
Les techniques électrochimiques de
protection
Guy TACHE (CEFRACOR)
1
2. • Rappels sur les principes de corrosion des
armatures en milieu maritime
• Protection cathodique: courant imposé,
anodes galvaniques
• Extraction des chlorures
• Conclusions
2
3. • Rappels sur les principes de corrosion des
armatures en milieu maritime
• Protection cathodique: courant imposé,
anodes galvaniques
• Extraction des chlorures
• Conclusions
3
4. • Comment les armatures sont protégées, et
comment elles se corrodent ?
• Comment prévenir la corrosion ?
4
21. 21
716 715 714 713 712 711 710 709 708 707 706 705
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
1h= To
2 days
1 month
3 months
6 months
8 months
Intensity
(arbitrary
units)
Binding energy (eV)
Exemple: Immersion acier poli dans une solution de 0,1 M NaOH (pH = 12,8)
Spectres XPS Fe-2p3/2 après différents temps d’immersion
Etude de la passivité en laboratoire
F. MISERQUE, B. HUET, D. BENDJABALLAH, G. AZOU, V. L’HOSTIS, H. IDRISSI, proceedings of
the Eurocorr 2005 conference, ISBN 972-95921-2-8.
24. 24
Exemple: Armatures de la Maison du Brésil (Cité U, Paris) : 50 ans
Etude de la passivité à l’aide de « retours d’expérience »
V. L’HOSTIS, L. VINCENT, V. PRACA, D. NEFF, L. BELLOT-GURLET, Proceedings of the Eurocorr
2007.
Béton
10 µm
Métal
25. 25
Béton
10 µm
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
385
299
676
Wave number (cm-1)
Goethite
a-FeOOH
V. L’HOSTIS, L. VINCENT, V. PRACA, D. NEFF, L. BELLOT-GURLET, Proceedings of the Eurocorr
2007.
Etude de la passivité à l’aide de « retours d’expérience »
Métal
26. 26
Béton
10 µm
0
50
100
150
200
250
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Wüstite
659
Wave number (cm-1)
FeO
V. L’HOSTIS, L. VINCENT, V. PRACA, D. NEFF, L. BELLOT-GURLET, Proceedings of the Eurocorr
2007.
Etude de la passivité à l’aide de « retours d’expérience »
Métal
27. 27
Béton
10 µm
0
100
200
300
400
500
600
700
800
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Magnetite
670
Fe3O4
V. L’HOSTIS, L. VINCENT, V. PRACA, D. NEFF, L. BELLOT-GURLET, Proceedings of the Eurocorr
2007.
Etude de la passivité à l’aide de « retours d’expérience »
Métal
28. 28
Béton
10 µm
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Hematite
411
293
227
1326
Wave number (cm-1)
a-Fe2O3
V. L’HOSTIS, L. VINCENT, V. PRACA, D. NEFF, L. BELLOT-GURLET, Proceedings of the Eurocorr
2007.
Etude de la passivité à l’aide de « retours d’expérience »
Métal
29. 29
Béton
10 µm
Epaisseur 10-50 µm
V. L’HOSTIS, L. VINCENT, V. PRACA, D. NEFF, L. BELLOT-GURLET, Proceedings of the Eurocorr
2007.
Etude de la passivité à l’aide de « retours d’expérience »
Métal
31. DEGRADATION
TEMPS
Etat limite de service
Défauts détectables
Défauts visibles
Induction de la corrosion Croissance
O2 Cl- CO2 H2O
31
32. DEGRADATION
TEMPS
Etat limite de service
Défauts détectables
Défauts visibles
Induction de la corrosion Croissance
O2 Cl- CO2 H2O
Amorçage (« initiation »)
32
33. DEGRADATION
TEMPS
Etat limite de service
Défauts détectables
Défauts visibles
Induction de la corrosion Croissance
O2 Cl- CO2 H2O
33
34. DEGRADATION
TEMPS
Etat limite de service
Défauts détectables
Défauts visibles
Induction de la corrosion Croissance
O2 Cl- CO2 H2O
Diagnostic
34
35. DEGRADATION
TEMPS
Etat limite de service
Défauts détectables
Défauts visibles
Induction de la corrosion Croissance
Réparation, méthodes électrochimiques
35
39. Carbonatation
• Mécanisme connu
• Propagation = f(t) : complexe (t ½)
• Détermination de la profondeur de
carbonatation in situ
• On ne sait pas: Mesurer le pH in situ, de
manière non destructive
• Rapporter toujours à des enrobages
39
40. Chlorures
• Origine : milieu marin et sels de déverglaçage
• Pénétration : plusieurs modèles
• Dépassivation : complexe (pas seulement
« pitting»)
• Existe-t-il une teneur limite en chlorures ?
• Probablement pas de valeur unique
• Signification ?
40
41. 41
Chlorures: aspect macroscopique
• Formation d’interstices, ou cellules occluses
• Echange de matière réduit entre l’intérieur de la
cellule et l’extérieur,
• Modification de la chimie locale
• Formation de rouille verte (GRII)
• Dissolution des armatures
42. 42
• [OH-] : nature du ciment, teneur en K,
dosage, additions, rapport [Cl-]/[OH-]
• Conditions rédox : teneur en O2 à
l’interface acier/béton (porosité,
humidité,...)
• Effet physique : présence de vides ou
cavités
Chlorures: paramètres influant sur la teneur limite
Composition de la solution interstitielle
mmoles / kg
0
50
100
150
200
250
300
350
5 h 2j 7j 28j 3 mois 6 mois 13 mois 2 ans
CaO
Sulfates
K2O
Na2O
43. Les processus de corrosion
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
Na+
Cl-
H+
i
a
H O
2
OH -
e-
anode
Cl-
43
44. Les processus de corrosion
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
Na+
Cl-
H+
i
a
H O
2
OH -
e-
anode
Cl-
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
e-
Ox
q
Red
q-1
ic
H O
2
M++
M++
M++
M++
M++
M++
M++
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
cathode
44
52. • Rappels sur les principes de corrosion des
armatures en milieu maritime
• Protection cathodique: courant imposé,
anodes galvaniques
• Extraction des chlorures
• Conclusions
52
55. Historique de la PC
appliquée au béton armé
• 1946 B. HEUZE Canalisations enterrées en BA
• 1960 D.A. HAUSMAN Premières études
fondamentales
• 1970 R.F. STRATFULL Bases technologiques sur OA
• 1970-1980 Ouvrages offshore
• 1980- Bâtiment, génie civil, ouvrages d’art
55
59. NF EN ISO 12696
Avril 2012
Protection cathodique de l'acier dans le béton
• Norme internationale spécifiant les exigences de
performance pour la protection cathodique de l'acier dans le
béton à base de ciment, pour les structures nouvelles comme
pour les structures existantes. Elle traite des bâtiments et des
ouvrages d'art, y compris les armatures de précontrainte
noyées dans le béton. Elle s'applique aux armatures en acier
non revêtu et aux armatures en acier recouvert par un
revêtement organique. Elle s'applique à l'acier noyé dans des
éléments de bâtiments ou de structures qui sont exposés à
l'atmosphère, enterrés, immergés ou soumis à la marée.
59
69. NF EN ISO 12696
Principales étapes
• Evaluation et réparation de la structure
• Repérage des zones
• Purge des bétons dégradés
• Mise en place des électrodes de référence
• Reconstitution du ferraillage
• Vérification de la continuité électrique des
armatures
• Réalisation des connections
• Préparation du support (reconstitution de
l’enrobage,....)
• Installation de l’ensemble anodique et contrôles
courts circuits
• Recouvrement de l’anode par béton ou mortier
projeté (contrôles adhérence)
• Connections et câblage
• Mise en fonctionnement par zones
• Contrôles
• Exploitation et maintenance
69
70. Réglages et Critères de protection
• Réglages : densité de courant
• Critères de protection et d’évaluation de la
performance :
Potentiel à courant coupé plus négatif que -
720mV par rapport à Ag/AgCl
Dépolarisation 100 mV/24h
Dépolarisation 150 mV au-delà de 24 h
70
80. Deux méthodes
• Courant imposé
• Anodes galvaniques
80
•Principalement zinc ou alliage Zn Al
•Intensité du courant : débit de la pile
•Formation de produits de corrosion du zinc
86. Disposition des anodes en LIGNE pour le traitement de zone type linéique
Disposition des anodes en BOUCLE pour le traitement de zone type linéique à forte densité
Disposition des anodes en QUINCONCE pour le traitement de zone type surfacique
86
Anodes en réseau ou en peigne
96. 1 Découpage de la structure en « zones de Protection
Galvanique »
2 Etude du ferraillage: calcul du ratio Surface Acier/Surface
Béton (par zone),
3 Etude de la répartition des anodes en fonction des spécificités
structurelles (répartition des armatures, possibilité de forage, ...).
4 Etude pour chaque anode de la répartition du courant suivant
le type.
5 Calcul des masses d’anode: durée contractuelle de service
de l’installation, besoin en courant (hypothèse) et de la capacité
électrique des anodes (données constructeur),
6 Choix de l’anode : répartition géométrique nécessaire, poids
unitaire des anodes.
7 Nomenclature: Repérage et numérotation des zones et de la
forme des anodes (plan), type et nombre d’anodes.
96
calcul de dimensionnement
7 points fondamentaux
106. Cellules galvaniques
• Avantages : ajustement du courant en fonction de la
demande (corrosion, humidité, température,…)
• Inconnues : Polarisation de l’anode ?, Corrosion du
zinc, Durabilité ?, Contrôles ?
• Critère de dépolarisation pas adapté ?
106
107. Principales applications
de la Protection Cathodique
• Ouvrages d’art : Courant imposé (pont des Favrants, de Noirmoutier),
cellules galvaniques sur les tabliers (ouvrages de la SAPRR), zinc
projeté (Viaducs de Roissy)
• Structures en mer : courant imposé (Appontements de Montoir,
terminal méthanier de Fos),
• Parkings, les silos de stockage de sel de déverglaçage (Courant
imposé : Saint Aignan),
• Structures de Génie Civil (piscines d’eau de mer),
• Bâtiments (façades) : courant imposé avec revêtements conducteurs
ou fils, cellules galvaniques zinc )
107
Autres applications dans le monde entier
108. La certification en PC
• C’est une garantie pour le donneur d'ordre.
De plus en plus fréquemment, les cahiers des
charges imposent une certification de la
compétence du personnel intervenant tant en
installation qu'en inspection et maintenance.
• C’est une reconnaissance officielle de la
compétence des spécialistes et experts en
protection cathodique.
108
109. Certification PC béton armé
• Elle concerne :
• Les entreprises (conception, dimensionnement, mise
en œuvre) --- organismes professionnels
• Les bureaux de contrôle
• Mais aussi les maitres d’ouvrages (publics ou privés),
car le système doit pouvoir être préconisé, puis être
contrôlé pendant sa vie effective
Elle est prévue dans la norme NF EN ISO 12696
Le secteur béton prépare actuellement le niveau 1
109
110. Niveaux de certification
Niveau 1S : mesures de routine simples en protection
cathodique
Niveau 1 : mesures courantes en protection
cathodique
Niveau 2 : Etude, conception et réalisation
d'installations de protection cathodique
et vérification de leur efficacité
Niveau 3 : Expertise dans le domaine de la protection
cathodique
110
L'EN 15257 constitue une méthode appropriée utilisable pour
l'évaluation de la compétence du personnel chargé de la
protection cathodique.
111. Niveaux de certification
Niveau 1S : mesures de routine simples en protection
cathodique
Niveau 1 : mesures courantes en protection
cathodique
Niveau 2 : Etude, conception et réalisation
d'installations de protection cathodique
et vérification de leur efficacité
Niveau 3 : Expertise dans le domaine de la protection
cathodique
111
L'EN 15257 constitue une méthode appropriée utilisable pour
l'évaluation de la compétence du personnel chargé de la
protection cathodique.
112. Niveaux de certification
Niveau 1S : mesures de routine simples en protection
cathodique
Niveau 1 : mesures courantes en protection
cathodique
Niveau 2 : Etude, conception et réalisation
d'installations de protection cathodique
et vérification de leur efficacité
Niveau 3 : Expertise dans le domaine de la protection
cathodique
112
L'EN 15257 constitue une méthode appropriée utilisable pour
l'évaluation de la compétence du personnel chargé de la
protection cathodique.
113. Projet de formation et certification en protection
cathodique
Niveau 1
• Formation d’un comité sectoriel
• Lieu et organisation: INSA Toulouse (LMDC)
• Formation théorique et pratique basée sur les
normes NF EN ISO 12696, NF EN 15257, Guide
anodes Cefracor, NF 91-103.
• Secteur commun sensé être «acquis »
• Durée de la formation : 5 jours
• Examen à suivre
113
114. Planning prévisionnel
• Mise en ligne du programme d’examen
septembre 2013
• Formations et examen début 2014
114
116. • Rappels sur les principes de corrosion des
armatures en milieu maritime
• Protection cathodique: courant imposé,
anodes galvaniques
• Extraction des chlorures
• Conclusions
116
119. • Réhabiliter un élément dégradé par la
corrosion du fait des chlorures
• Conférer à long terme une protection
119
Applications
Structures exposée en milieu atmosphérique
Déchloruration
Objectifs
120. Principe
• Migration des chlorures sous l’effet d’un champ
électrique
• Alcalinisation au droit de l’armature (electrolyse)
120
Exclusions
Béton précontraint: risques de fragilisation par
l’hydrogène
121. Déchloruration
• Evaluation et réparation de la structure
• Vérification de la continuité électrique
• Installation de câbles électriques et alimentation
(40V)
• Mise en place du dispositif anodique (anode +
réservoir électrolytique)
• Vérifications (courts circits,…)
• Mise en route
• Durée 4 à 8 semaines 121
TS 14038-2-2011 Traitements électrochimiques de
réalcalinisation et d’extraction des chlorures applicables
au béton armé
122. • Tension et courants (environ 1A/m² d’armature)
• Teneurs en chlorures
• Charge totale Ah
122
Contrôles
Fin du traitement
•Teneur en chlorures <0,4%/ciment au voisinage
des armatures, cas isolé 0,8%
•Charge électrique : 200 Ah---2000 Ah par m²
d’acier
•Mesures de potentiel (cartographie): disparition
des macropiles
127. Matinée d’information du STRRES
PROTECTION DES BETONS EN ZONE LITTORALE
mercredi 27 novembre 2013
Les techniques électrochimiques de
protection
CONCLUSIONS
127
128. 1. Pas de problèmes théoriques (densité de courant de 0,2
à 20 mA/m² d’armature)
2. La corrosion est stoppée dès l’application du courant,
même en milieu fortement chloruré
3. La technique traite toutes les zones à risque et ne se
limite pas aux zones dégradées
4. Recul important (prévention ou protection cathodique)
5. Une norme bien en place (NF EN ISO 12696 revue en
2012)
6. Plusieurs techniques (courant imposé et anodes
galvaniques)
7. Critères reconnus et validés (Courant imposé), adaptés
(anodes galvaniques)
8. Efficacité évaluée dans de nombreux pays et de
nombreuses situations (en France ?)
128
129. 9. Activités spécialisées pluridisciplinaires nécessitant des
compétences dans les domaines du génie civil / structure /
béton, combinée à une expertise de la protection cathodique
10. Gestion de la qualité rigoureuse pour assurer un contrôle
adéquat (application des revêtements, délaminations), les
tests (ajustement des critère) et la documentation de chaque
étape des travaux
11. Suivi nécessaire avec retour opérationnel
12. Durabilité: câbles, connections, électrodes de référence
13. Avantages environnementaux (durée, bruits, matériaux,…)
14. Certification du personnel en marche
15. Coût initial important. Prendre en compte le suivi, la durée
de vie ….
129
130. Les techniques électrochimiques de
protection
Reste à développer
• Placement des anodes
• Lignes de courant
• Polarisation
• Effets secondaires (armatures de précontrainte)
• Evaluation des ouvrages existants (groupe
d’expert ?): inspection visuelle, état électrique,
tests
• …….
130
