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Matinée d’information du STRRES
PROTECTION DES BETONS EN ZONE LITTORALE
mercredi 27 novembre 2013
Les techniques électrochimiques de
protection
Guy TACHE (CEFRACOR)
1
• Rappels sur les principes de corrosion des
armatures en milieu maritime
• Protection cathodique: courant imposé,
anodes galvaniques
• Extraction des chlorures
• Conclusions
2
• Rappels sur les principes de corrosion des
armatures en milieu maritime
• Protection cathodique: courant imposé,
anodes galvaniques
• Extraction des chlorures
• Conclusions
3
• Comment les armatures sont protégées, et
comment elles se corrodent ?
• Comment prévenir la corrosion ?
4
27_11_2013_techniques_electrochimiques_de_protection_guy_tache_cefracor.pdf
27_11_2013_techniques_electrochimiques_de_protection_guy_tache_cefracor.pdf
27_11_2013_techniques_electrochimiques_de_protection_guy_tache_cefracor.pdf
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
27_11_2013_techniques_electrochimiques_de_protection_guy_tache_cefracor.pdf
La passivité de l’acier
- Formation d’oxydes protecteurs, stables: la
passivité
- Nécessité d’alcalinité, d’oxygène et d’eau
19
20
pH
8
9
10
11
12
13
14
5 h 2j 7j 28j 3 mois 6 mois 13 mois 2 ans
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.
Mais en réalité….
L’armature s’oxyde à l’atmosphère avant
d’être noyée dans le béton….
22
23
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
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
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
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
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
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
DEGRADATION
TEMPS
Etat limite de service
Défauts détectables
Défauts visibles
Induction de la corrosion Croissance
30
DEGRADATION
TEMPS
Etat limite de service
Défauts détectables
Défauts visibles
Induction de la corrosion Croissance
O2 Cl- CO2 H2O
31
DEGRADATION
TEMPS
Etat limite de service
Défauts détectables
Défauts visibles
Induction de la corrosion Croissance
O2 Cl- CO2 H2O
Amorçage (« initiation »)
32
DEGRADATION
TEMPS
Etat limite de service
Défauts détectables
Défauts visibles
Induction de la corrosion Croissance
O2 Cl- CO2 H2O
33
DEGRADATION
TEMPS
Etat limite de service
Défauts détectables
Défauts visibles
Induction de la corrosion Croissance
O2 Cl- CO2 H2O
Diagnostic
34
DEGRADATION
TEMPS
Etat limite de service
Défauts détectables
Défauts visibles
Induction de la corrosion Croissance
Réparation, méthodes électrochimiques
35
DEGRADATION
TEMPS
Etat limite de service
Défauts détectables
Défauts visibles
Induction de la corrosion Croissance
? 36
Comment prévenir la corrosion
• Augmenter l’enrobage (Eurocode 2)
• Améliorer la qualité du béton (EN 206)
• Revêtements sur béton
• Armatures galvanisées
• Armatures acier inox
• Armatures revêtues (époxy)
37
DEPASSIVATION
1) Carbonatation
2) Chlorures
38
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
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
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
• [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
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
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
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
Courant de corrosion
Les processus de corrosion
45
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
Courant de corrosion
Les processus de corrosion
Variation du potentiel: polarisation (électrochimie: étude des relations E=f(i)
46
Raupach 1994
Le béton
47
Cas courant d’un
béton soumis à la
pluie, aux
éclaboussures, aux
sels de
déverglaçage,…..
48
49
50
51
• Rappels sur les principes de corrosion des
armatures en milieu maritime
• Protection cathodique: courant imposé,
anodes galvaniques
• Extraction des chlorures
• Conclusions
52
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
Courant de corrosion
53
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
Protection cathodique
Courant de corrosion
54
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
Deux méthodes
la norme NF EN 12696 (2012)
56
Deux méthodes
• Courant imposé
• Anodes galvaniques
57
Principales étapes
58
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
Armature
Béton
Corrosion active non expansive
60
Préparation du support
61
Vérification de la continuité électrique et connections
62
Installation électrodes de référence
63
Bordeaux 4 décembre 2008 64
Mise en place treillis anodique
64
Bordeaux 4 décembre 2008 65
Connections électriques et vérifications courts circuits
65
Projection béton ou mortier d’enrobage
66
Liaisons électriques et mise en route de la zone
67
Mise en route
i
-
+
ΔE
68
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
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
Potentiel
t
Potentiel de protection
Potentiel off
Dépolarisation
> 100 mV en 24h
Potentiel de corrosion
Variation de potentiel > 300 mV
Test de dépolarisation
71
Applications Courant imposé
Anodes
• Treillis titane activé
• Bandes de titane
• Fibres de cabone
• Peintures conductrices
• Anodes discretes
72
Courant imposé treillis anodique
Réservoir de sel
Avec l’aimable autorisation de Correxco
73
Distribution du courant sur l ’anode : bandes
Rubans de Titane oxyde de Titane soudés
et maintenus par chevilles plastiques
Document Freyssinet 74
Carbocath
Anode en fibres de carbone
Avec l’aimable autorisation de Maxit
75
76
77
78
Cahiers techniques du Bâtiment Octobre 2013
Freyssinet
79
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
Anodes galvaniques
Surfaciques, discrètes
• Zinc projeté
• Zinc collé
• Treillis
• Anodes discrètes
• Anodes en réseau
• Système hybride
81
Anodes surfaciques
Zinc projeté
300 µm
82
modèle GRILLO-KKS-BETON
Zinc projeté
Avec l’aimable autorisation de R.Palmer
83
Zinc collé
Doc CorrPRE
84
85
Avec l’aimable autorisation de Parex Lanko
85
Cellules Galvaniques discrètes
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
Cellules Galvaniques en réseau
Galvashield CC
87
Anodes en peigne
88
89
• Avec l’aimable autorisation de Concrete
Anodes discrètes
90
91
92
Système hybride
Duoguard 500
1 phase courant imposé 7 jours
1 phase protection galvanique
Avec l’aimable autorisation de
R&G Richard Guérin
92
93
94
95
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
Contrôles
97
• Contrôles préliminaires
• Des anodes
• De la continuité électrique
Indicateurs
Intensité du courant
Dépolarisation
Potentiel de protection on/off
98
Cas courant d’un
béton soumis à la
pluie, aux
éclaboussures, aux
sels de
déverglaçage,…..
99
100
101
102
Essais de convenance
103
104
105
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
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
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
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
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.
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.
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.
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
Planning prévisionnel
• Mise en ligne du programme d’examen
septembre 2013
• Formations et examen début 2014
114
115
• Rappels sur les principes de corrosion des
armatures en milieu maritime
• Protection cathodique: courant imposé,
anodes galvaniques
• Extraction des chlorures
• Conclusions
116
Méthodes électriques
Traitements temporaires de réhabilitation
• Réalcalinisation
+
_
initial
final
9
pH
x
intermed. 13
117
• Déchloruration
+
_
[Cl ]
-
x
initial
final
Réalcalinisation
Documentation
Sté Rénofors
118
• 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
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
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
• 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
Déchloruration
Documentation
Sté Freyssinet
123
124
Enrobages importants
70 % des points de prélèvements: teneur en chlorures >0,4 %/Ciment
125
Extraction des chlorures
Protection cathodique
126
Matinée d’information du STRRES
PROTECTION DES BETONS EN ZONE LITTORALE
mercredi 27 novembre 2013
Les techniques électrochimiques de
protection
CONCLUSIONS
127
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
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
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
131
Remerciements
• Naziha Berramdane
• Marc Brouxel (Concrete)
• Christian Tourneur (Freyssinet)
• Richard Guérin
• Richard Palmer
• Gilles Pinganaud (Parex Lanko)
• Carl Redon (Renofors)
132
Merci de votre attention et bonne journée…………
Je ne suis pas certain que vous avez mis la bonne tension, Albert !!!!
133

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  • 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
  • 8. 8
  • 9. 9
  • 10. 10
  • 11. 11
  • 12. 12
  • 13. 13
  • 14. 14
  • 15. 15
  • 16. 16
  • 17. 17
  • 19. La passivité de l’acier - Formation d’oxydes protecteurs, stables: la passivité - Nécessité d’alcalinité, d’oxygène et d’eau 19
  • 20. 20 pH 8 9 10 11 12 13 14 5 h 2j 7j 28j 3 mois 6 mois 13 mois 2 ans
  • 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.
  • 22. Mais en réalité…. L’armature s’oxyde à l’atmosphère avant d’être noyée dans le béton…. 22
  • 23. 23
  • 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
  • 30. DEGRADATION TEMPS Etat limite de service Défauts détectables Défauts visibles Induction de la corrosion Croissance 30
  • 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
  • 36. DEGRADATION TEMPS Etat limite de service Défauts détectables Défauts visibles Induction de la corrosion Croissance ? 36
  • 37. Comment prévenir la corrosion • Augmenter l’enrobage (Eurocode 2) • Améliorer la qualité du béton (EN 206) • Revêtements sur béton • Armatures galvanisées • Armatures acier inox • Armatures revêtues (époxy) 37
  • 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
  • 45. 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 Courant de corrosion Les processus de corrosion 45
  • 46. 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 Courant de corrosion Les processus de corrosion Variation du potentiel: polarisation (électrochimie: étude des relations E=f(i) 46
  • 48. Cas courant d’un béton soumis à la pluie, aux éclaboussures, aux sels de déverglaçage,….. 48
  • 49. 49
  • 50. 50
  • 51. 51
  • 52. • Rappels sur les principes de corrosion des armatures en milieu maritime • Protection cathodique: courant imposé, anodes galvaniques • Extraction des chlorures • Conclusions 52
  • 53. 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 Courant de corrosion 53
  • 54. 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 Protection cathodique Courant de corrosion 54
  • 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
  • 56. Deux méthodes la norme NF EN 12696 (2012) 56
  • 57. Deux méthodes • Courant imposé • Anodes galvaniques 57
  • 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
  • 62. Vérification de la continuité électrique et connections 62
  • 63. Installation électrodes de référence 63
  • 64. Bordeaux 4 décembre 2008 64 Mise en place treillis anodique 64
  • 65. Bordeaux 4 décembre 2008 65 Connections électriques et vérifications courts circuits 65
  • 66. Projection béton ou mortier d’enrobage 66
  • 67. Liaisons électriques et mise en route de la zone 67
  • 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
  • 71. Potentiel t Potentiel de protection Potentiel off Dépolarisation > 100 mV en 24h Potentiel de corrosion Variation de potentiel > 300 mV Test de dépolarisation 71
  • 72. Applications Courant imposé Anodes • Treillis titane activé • Bandes de titane • Fibres de cabone • Peintures conductrices • Anodes discretes 72
  • 73. Courant imposé treillis anodique Réservoir de sel Avec l’aimable autorisation de Correxco 73
  • 74. Distribution du courant sur l ’anode : bandes Rubans de Titane oxyde de Titane soudés et maintenus par chevilles plastiques Document Freyssinet 74
  • 75. Carbocath Anode en fibres de carbone Avec l’aimable autorisation de Maxit 75
  • 76. 76
  • 77. 77
  • 78. 78 Cahiers techniques du Bâtiment Octobre 2013 Freyssinet
  • 79. 79
  • 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
  • 81. Anodes galvaniques Surfaciques, discrètes • Zinc projeté • Zinc collé • Treillis • Anodes discrètes • Anodes en réseau • Système hybride 81
  • 82. Anodes surfaciques Zinc projeté 300 µm 82 modèle GRILLO-KKS-BETON
  • 83. Zinc projeté Avec l’aimable autorisation de R.Palmer 83
  • 85. 85 Avec l’aimable autorisation de Parex Lanko 85 Cellules Galvaniques discrètes
  • 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
  • 87. Cellules Galvaniques en réseau Galvashield CC 87
  • 89. 89
  • 90. • Avec l’aimable autorisation de Concrete Anodes discrètes 90
  • 91. 91
  • 92. 92 Système hybride Duoguard 500 1 phase courant imposé 7 jours 1 phase protection galvanique Avec l’aimable autorisation de R&G Richard Guérin 92
  • 93. 93
  • 94. 94
  • 95. 95
  • 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
  • 97. Contrôles 97 • Contrôles préliminaires • Des anodes • De la continuité électrique
  • 99. Cas courant d’un béton soumis à la pluie, aux éclaboussures, aux sels de déverglaçage,….. 99
  • 100. 100
  • 101. 101
  • 102. 102
  • 104. 104
  • 105. 105
  • 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
  • 115. 115
  • 116. • Rappels sur les principes de corrosion des armatures en milieu maritime • Protection cathodique: courant imposé, anodes galvaniques • Extraction des chlorures • Conclusions 116
  • 117. Méthodes électriques Traitements temporaires de réhabilitation • Réalcalinisation + _ initial final 9 pH x intermed. 13 117 • Déchloruration + _ [Cl ] - x initial final
  • 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
  • 124. 124 Enrobages importants 70 % des points de prélèvements: teneur en chlorures >0,4 %/Ciment
  • 126. 126
  • 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
  • 131. 131
  • 132. Remerciements • Naziha Berramdane • Marc Brouxel (Concrete) • Christian Tourneur (Freyssinet) • Richard Guérin • Richard Palmer • Gilles Pinganaud (Parex Lanko) • Carl Redon (Renofors) 132
  • 133. Merci de votre attention et bonne journée………… Je ne suis pas certain que vous avez mis la bonne tension, Albert !!!! 133