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Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique
Université Mentouri Constantine faculté des sciences de l’ingénieur
Département de génie civil
Mémoire en vue de l’obtention du diplôme
de Master en Génie Civil
Option : Structures et Matériaux
Thème
Caractérisation mécanique des éléments corrodés en béton
armé «cas d’un béton autoplaçant»
Présenté par : DEMIGHA ILYES
Encadreur : Dr. Lassoued R.
Année Universitaire : 2010-2011
REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
Dédicace
A mes chers parents
Merci pour votre aide et merci pour votre Patience qui
m’ont poussé vers le sucées et la réussite. Vous êtes
les êtres les plus importants dans ma vie
Je dédie particulièrement mes chers parents mes
frères et à toute ma famille ce travail.
Mr. Demigha Ilyes
Remerciements
Nous tenons à remercier Dieu Clément et Miséricordieux de nous avoir donnés
la force et la volonté d’achever ce travail.
Nous tenons à remercier notre encadreur Dr. R.Lassoued, notre promoteur
pour l’aide qu’il a apportée à la réalisation de ce travail et pour ses précieux conseils.
Je voudrais exprimer ma gratitude mon collège ‘Mouts K.’ Qui a toujours était
présent lors des moments les plus difficiles.
Nous tenons à remercier le Directeur du LMDC qui a financé notre projet par le
biais de l’équipe du Dr Lassoued Rachid.
Nous tenons à remercier la Directrice du laboratoire Hyper fréquence
Département d’Electronique pour le matériel de mesures pour les essais effectués
lors de ce projet.
Nous tenons à remercier Pr. H.Houari, Dr. S. Bensebti, Dr. N. Djebar pour ses
aides qu’il nous a données.
Nos remerciements les membres du jury pour avoir accepté à expertiser ce
modeste travail.
Nous remercions aussi tous ceux qui nous ont aidés pendant la période
d’essais.
Nous tenons aussi à remercier ma famille et toute personne ayant contribué
de près ou loin à l’élaboration de ce travail.
Qui me fait plaisir de son idée
Résumé
Résumé :
La corrosion des aciers d’armatures résultant de la pénétration des ions chlorure est
un problème important qui réduit de manière significative la durée de vie des structures. Ce
mémoire présente une étude de l’initiation de la corrosion sur des poutres en béton
autoplaçant armé ainsi qu’une étude pour comprendre l’influence de la corrosion (perte de
section et d’adhérence) sur le comportement mécanique des poutres en béton autoplaçant
armé soumis à la flexion. Cette étude nous permettra d’avoir un aperçu global quant à la
durabilité de ce matériau.
Mots clé : Propagation de corrosion, béton autoplaçant, adhérence, comportement
mécanique.
Abstract:
Corrosion of reinforcing steel resulting from the penetration of chloride ions is an important
problem that significantly reduces the structure life. This project study the initiation of
corrosion on concrete self-compacting reinforced beams and a study to understand the
influence of corrosion (section loss and adhesion) on the mechanical behavior of self-
compacting concrete beams armed subjected to bending. This study will allow us to have an
overview about the sustainability of this material.
Key words: Propagation of corrosion, concrete self-compacting, adhesion, mechanical
behavior.
:‫ملخص‬
‫تآكم‬‫انتسهيح‬ ‫حذيذ‬‫ن‬ ‫وتيجت‬‫تغهغم‬‫انكهىسيذ‬ ‫أيىواث‬‫مشكهت‬‫مهم‬‫فهى‬ ,‫جذا‬ ‫ت‬‫ي‬‫قهم‬‫مه‬ ‫كثيشا‬‫حياة‬‫ان‬‫م‬‫ى‬‫ش‬‫آث‬.‫هزي‬‫انبحث‬
‫حىل‬ ‫يتمحىس‬‫دساست‬‫عمهيت‬‫بذء‬‫تآكم‬‫حذيذ‬‫انمسهحت‬ ‫انخشساوت‬‫في‬‫انعىاسض‬‫نفهم‬‫تؤثيش‬( ‫انتآكم‬‫فقذان‬‫ا‬‫نمساحت‬‫و‬ ،)‫االنتصاق‬
‫عهى‬‫انميكاويكي‬ ‫انسهىك‬‫انزاتي‬‫انمصىىع‬ ‫نهعىاسض‬‫ت‬‫مه‬‫انقىنبت‬ ‫راتيت‬ ‫خشساوت‬‫ان‬‫مسهح‬‫ت‬‫لل‬ ‫المعرضة‬‫ثني‬.‫و‬‫انذساست‬ ‫هزي‬‫تسمح‬
‫نىا‬‫بؤخز‬‫عامت‬ ‫نمحت‬‫استمشاسيت‬ ‫حىل‬.‫انمىاد‬ ‫هزي‬
‫الكلمات‬‫المفتاحية‬:‫بذء‬‫تآكم‬،‫راتيت‬ ‫خشساوت‬‫انقىنبت‬،‫االنتصاق‬‫وانسهىك‬ ،.‫انميكاويكيت‬
Introduction générale
Introduction générale :
Une des causes principales de dégradation des structures en béton armé est la
corrosion des armatures. La durée de vie de la structure dépend des agressions physico-
chimiques de l’environnement ainsi que de la capacité des matériaux constitutifs du béton
armé à se protéger contre ces agressions. La corrosion va se développer principalement
selon deux processus : la carbonatation du béton qui va amener une corrosion lente et
uniforme le long de l’armature, et l’attaque par les chlorures qui, lorsqu’ils se retrouvent en
quantité suffisante aux abords de l’armature, génèrent des piqûres de corrosion.
Les bétons autoplaçant, ces bétons sont des bétons spéciaux, très fluides, qui se
mettent en place et se serrent sous le seul effet de son poids propre, donc sans apport de
vibration interne ou externe, même dans les coffrages les plus ferraillés. Ces bétons
représentent une porosité plus faible par rapport à celle du béton ordinaire.
Les grands axes de notre travail sont les suivants :
Le premier chapitre est consacré au phénomène de corrosion et précise le processus
physico-chimique de développement de la corrosion, et ses conséquences sur le
comportement mécanique des structures, présentation des déférentes approches utilisées
dans les laboratoires pour l’accélération du processus de la corrosion et enfin la description
de quelques méthodes non destructifs d’évaluation de la corrosion.
Le deuxième chapitre représente des généralités sur le béton autoplaçant tel que les
principaux avantages et inconvénients, l’influence des constituants sur ces propriétés, les
approches de formulation et les principaux essais effectués pour la caractérisation à l’état
frais.
Dans le troisième chapitre nous avons présenté la méthodologie d’essai. Nous avons
étudié l’influence de la corrosion sur le comportement mécanique des éléments en béton
autoplaçant armé. Le programme de recherche a été divisé en trois parties.
La première partie consiste d’accélérer le processus de la corrosion et étudier à la fois
l'initiation et la phase de propagation de la corrosion dans les structures en béton
autoplaçant armé dans l'environnement de chlorure, présenter les effets de la corrosion sur
les structures en analysant les différents paramètres intervenant dans le processus, comme
la perte d’adhérence, la perte de section, la perte de ductilité.
La deuxième partie vise de simuler un essai de corrosion avec l’élimination de
l’adhérence entre l’acier et le béton. On étudie l’influence de la position et de longueur de
la partie non adhérant sur le comportement et la déformation des poutres en béton armé
soumises à la flexion.
La troisième partie Il s’agissait de comparer des résultats obtenus à partir de l’essai de
corrosion accéléré et ceux obtenus de l’essai de corrosion simulé. Les résultats obtenus à
Introduction générale
partir de ces essais sont représenté dans le quatrième chapitre dans un ordre séquentiel de
l’essai.
Dans le dernier chapitre nous avons discuté les différents résultats présentés.
Nous concluons avec une conclusion générale retraçant les différentes phases du
mémoire.
Des recommandations pour la continuité de ce travail sont présentées.
Table des matières
1
Table des matières
Résumé ................................................................................................................................................... 1
Introduction générale ............................................................................................................................. 2
Table des matières .................................................................................................................................. 1
Liste des figures....................................................................................................................................... 6
Liste des tableaux.................................................................................................................................... 9
Chapitre I : La corrosion
Introduction........................................................................................................................................... 12
1- LE BÉTON ARMÉ ............................................................................................................................ 12
1-1. Le béton................................................................................................................................. 12
1-2. L'acier .................................................................................................................................... 12
2- Définition de corrosion.................................................................................................................. 12
2.1. Corrosion de l’acier dans le béton......................................................................................... 13
3- Les différents types (formes) de corrosion ................................................................................... 13
3-1- La corrosion électrochimique :.............................................................................................. 13
3-1-1. Uniforme ou généralisée :............................................................................................. 14
3-1-2. Galvanique (bimétallique) :........................................................................................... 14
3-1-3. Par piqures :................................................................................................................... 14
3-1-4. Corrosion localisée : ...................................................................................................... 15
3-1-5. Corrosion caverneuse :.................................................................................................. 15
3-1-6. Corrosion sous contrainte : ........................................................................................... 15
3-1-6.1. La corrosion sous contrainte : ................................................................................... 15
3-1-6.2. La fatigue-corrosion :................................................................................................. 16
3-1-6.3. La fragilisation par l'hydrogène :............................................................................... 16
3-1-7. La corrosion intergranulaire :........................................................................................ 16
3-1-8. La corrosion érosion :.................................................................................................... 16
3-1-9. La corrosion-frottement (tribocorrosion) : ................................................................... 16
3-2- La corrosion bactérienne :..................................................................................................... 16
3-3- La corrosion atmosphérique : ............................................................................................... 16
4- Facteurs influents sur la corrosion :.............................................................................................. 17
4-1- Courants vagabonds.............................................................................................................. 17
4-2- Pression ................................................................................................................................. 17
Table des matières
2
4-3- L’Environnement. .................................................................................................................. 18
4-4- Dioxyde de carbone............................................................................................................... 18
4-5- Ions de chlorure..................................................................................................................... 18
4-6- Influence du béton armes sur les aciers d’armatures........................................................... 19
4-6-1. Influence de l'enrobage................................................................................................. 19
4-6-2. Influence de la composition du béton........................................................................... 19
4-6-3. Influence de la résistivité du béton............................................................................... 20
4-7- Facteurs marin :..................................................................................................................... 20
5- Les effets de la corrosion sur le comportement des structures.................................................... 21
5-1- Influence de la rouille sur la contrainte d’adhérence de l’acier et la fissuration du béton .. 21
5-2- La diminution d’adhérence entre l’acier et le béton............................................................. 22
5-3- influence de la réduction de section d’acier : ....................................................................... 22
5-4- Excentricité dus à la perte de section: .................................................................................. 23
6- Remèdes et différent traitement .................................................................................................. 24
6-1. La protection cathodique ...................................................................................................... 24
6-2. Traitements de surface.......................................................................................................... 25
6-3. Revêtements de surface........................................................................................................ 26
7- Initiation et propagation de la corrosion ...................................................................................... 26
8- Adhérence acier-béton.................................................................................................................. 28
9- Effets de la corrosion sur le comportement de structures fléchies.............................................. 29
10- Corrosion accélérée: essais ....................................................................................................... 30
10-1- Essai avec courant imposé ................................................................................................ 31
10-2- Essai par immersion-séchage et milieu chloruré............................................................... 32
10-3- Essai par l’ajout de chlorures de sodium dans le béton à l’état frais................................ 32
10-4- Essais brouillard salin ........................................................................................................ 33
11- Modélisation du comportement global des structures corrodées ........................................... 33
12- Mesures de corrosion................................................................................................................ 34
12-1- Densité de courant macropile......................................................................................... 34
12-2- Potentiel de corrosion ..................................................................................................... 34
12-3- Polarisation linéaire ........................................................................................................ 35
Conclusion : ........................................................................................................................................... 36
Chapitre II : Le béton autoplaçant
Introduction........................................................................................................................................... 38
Table des matières
3
1- Historique des bétons autoplaçant ............................................................................................... 38
2- Définition du B.A.P ........................................................................................................................ 38
3- Les avantages du B.A.P.................................................................................................................. 39
4- Les inconvénients du B.A.P............................................................................................................ 40
5- Constituants du béton................................................................................................................... 40
5-1- Le ciment : ............................................................................................................................. 40
5-2- Les granulats :........................................................................................................................ 40
5-3- Les fillers :.............................................................................................................................. 40
5-4- L’eau : .................................................................................................................................... 40
5-5- Les adjuvants......................................................................................................................... 40
6- Influence des paramètres de formulation sur les propriétés à l´état frais ................................... 41
6-1. Influence des granulats sur les propriétés des BAP: ............................................................. 41
6-2. Influence des fillers calcaires sur les paramètres rhéologiques des BAP :............................ 42
6-3. Influence des superplastifiants sur les propriétés des BAP :................................................. 42
7- Les Approches de formulation des BAP: ....................................................................................... 43
7-1. L’approche basée sur l'optimisation des mortiers :.............................................................. 44
7-2. L’approche basée sur l'optimisation du volume de pâte : .................................................... 44
7-3. L’approche basée sur l'optimisation du squelette granulaire :............................................. 45
7-4. Approche basée sur un plan d'expérience :.......................................................................... 45
7-5. L’approche basée sur l'utilisation du mortier du béton équivalent MBE : ........................... 45
8- Essais et techniques de caractérisation des BAP à l’état frais: ..................................................... 46
Conclusion ............................................................................................................................................. 47
Chapitre III : Processus expérimentale
Introductions......................................................................................................................................... 48
1- Problématique............................................................................................................................... 48
2- Programme expérimental ............................................................................................................. 48
3- Méthodologie................................................................................................................................ 49
3-1- Caractéristiques des matériaux utilisés................................................................................. 50
3-2- Mélanges du BAP................................................................................................................... 50
3-3- Équipement utilisé................................................................................................................. 50
3-3.1. Fabrication des bétons .................................................................................................. 50
3-3.2. Essais de compression et de flexion.............................................................................. 51
3-4- Présentation des éprouvettes :............................................................................................. 51
Table des matières
4
3-4.1. Dimensionnement et préparation de ferraillage des poutres ...................................... 52
3-4.2. Préparation de coffrage ................................................................................................ 54
4- Essais : ........................................................................................................................................... 57
4-1. Essai sur béton à l’état frais :................................................................................................. 57
4-1-1. Essai d’étalement : ........................................................................................................ 57
4-1-2. Essai de la boite en L ..................................................................................................... 57
4-1-3. Essai de stabilité au tamis ............................................................................................. 58
4-2. Essai sur béton a l’état durci : ............................................................................................... 58
4-2-1. Essai de résistance à la compression :........................................................................... 58
4-2-2. Essai de simulation de corrosion (CS) :.......................................................................... 59
4-2-3. Essai de corrosion accéléré : ......................................................................................... 60
4-2-4. Essai de flexion 4 points : .............................................................................................. 65
Conclusion : ........................................................................................................................................... 66
Chapitre IV : Présentation des résultats
Introduction........................................................................................................................................... 67
1- Résultats théorique : ..................................................................................................................... 67
2- Résultats expérimentaux :............................................................................................................. 67
2-1. Résultats d’essais du béton à l’état frais :............................................................................. 67
2-2. Résultats des essais sur béton à l’état durci : ....................................................................... 67
2.2.1. Essai de résistance à la compression :........................................................................... 67
2.2.2. Essai de corrosion accéléré : ......................................................................................... 68
2.2.3. Essai de flexion 4 points ................................................................................................ 68
2.2.4. Faciès de fissuration des poutres : ................................................................................ 70
Conclusion ............................................................................................................................................. 74
Chapitre V : discussion et interprétation des résultats
Introduction........................................................................................................................................... 75
1- Essai sur béton à l’état frais .......................................................................................................... 75
2- Influence du NaCl sur la résistance à la compression ................................................................... 76
3- L’évaluation de la corrosion et son influence sur le comportement mécanique des poutres :.... 76
3-1- L’évaluation de la corrosion (Variance du courant) .............................................................. 76
3-2- Comparaison de la corrosion voie sèche et voie humide :.................................................... 79
3-3- Propriétés mécanique ........................................................................................................... 80
3-3.1. Réduction de section :................................................................................................... 80
Table des matières
5
3-3.2. Influence du taux de corrosion (Q) sur la limite élastique de l’acier (Fy) : ................... 81
3-3.3. Charge de rupture : ....................................................................................................... 81
3-3.4. Effort de traction Ns résistant par les armatures tendues............................................ 82
3-3.5. Effet de la corrosion sur la résistance des poutres au cisaillement .............................. 83
3-3.6. Flèches........................................................................................................................... 83
3-3.7. Facies de fissuration : .................................................................................................... 84
3-3.8. Comparaison des résultats obtenus avec les résultats des autres recherches............. 85
Conclusion ............................................................................................................................................. 87
Conclusions générales........................................................................................................................... 88
Recommandation.................................................................................................................................. 89
Référence bibliographique.................................................................................................................... 90
ANNEXE 01 : Caractéristiques des matériaux s utilisent
ANNEXE 02 : Résultats théorique et des essais
Liste des figures
6
Liste des figures
Chapitre I : La corrosion
Figure I- 1 : Représentation schématique du processus de corrosion de l’acier dans le béton . ......... 13
Figure I- 2 : Corrosion complète de l’âme des poutres, et corrosion par piqûre au niveau de la
semelle de la poutre ............................................................................................................................. 14
Figure I- 3 : Exemple corrosion galvanique . ......................................................................................... 14
Figure I- 4: Corrosion par piqure et complète des consoles servant d’appuis aux pipes ..................... 14
Figure I- 5: Fissures horizontales, et corrosions locale des armatures mal protégées. ........................ 15
Figure I- 6: Exemple d’une corrosion Caverneuse ................................................................................ 15
Figure I- 7: Représentation schématique de fissures de CSC au microscope ....................................... 15
Figure I- 8 : Exemple d’une corrosion bactérienne . ............................................................................ 16
Figure I- 9 : Exemple d’une corrosion atmosphérique ......................................................................... 17
Figure I- 10: Représentation schématique du processus des courants vagabonds . ............................ 17
Figure I- 11: Démonstration d’effet de contrainte ............................................................................... 17
Figure I- 12: Attaque de l’acier par les ions de chlorure . ..................................................................... 19
Figure I- 13 : Conditions d'exposition en environnement marin ......................................................... 19
Figure I- 14 : Processus cathodique de réduction de l’oxygène dissous .............................................. 21
Figure I- 15 : Illustration de l’influence de la rouille ............................................................................. 21
Figure I- 16 : illustration de la perte d’adhérence ................................................................................ 22
Figure I- 17 : L’évolution de la déformation plastique à rupture en fonction du taux de corrosion .... 22
Figure I- 18: Influence de la corrosion sur le comportement de l’acier (pour une barre de 6 mm) en
fonction du taux de corrosion . ............................................................................................................. 22
Figure I- 19 : Exemple d’une charge de compression appliqué sur un poteau en BA avec un acier sein
et un acier corrodé plus une dégradation du béton. ............................................................................ 23
Figure I- 20: Mécanisme de propagation de la corrosion. .................................................................... 24
Figure I- 21: Période d'initiation et de propagation de la corrosion dans les structures de béton armé
............................................................................................................................................................... 27
Figure I- 22: Mécanismes d’adhérences acier-béton . .......................................................................... 28
Figure I- 23 : Représentation schématique de la variation de l’adhérence maximale avec la corrosion.
............................................................................................................................................................... 29
Figure I- 24: Effets de la corrosion sur le comportement mécanique de structures corrodées . ........... 30
Figure I- 25 : Exemple de montage de corrosion accélérée par courant imposé ................................. 31
Figure I- 26: brouillard salin – essai....................................................................................................... 33
Figure I- 27 : Schéma de connexion pour les mesures de potentiel de corrosion . .............................. 35
Figure I- 28 : Exemple de courbe typique de polarisation linéaire ....................................................... 36
Figure I- 29: Exemple de calcul de la résistance de polarisation .......................................................... 36
Chapitre II : Le béton autoplaçant
Figure II- 1 : (a) Composition d'un béton ordinaire (BO) et d'un BAP………………………………….39
Figure II- 2: Action des superplastifiants- Défloculation des grains de ciment .................................... 43
Figure II- 3: Notion d'excès de pâte : .................................................................................................... 44
Figure II- 4 : Essai de la boite en L. ........................................................................................................ 46
Figure II- 5: Essai de stabilité au tamis . ................................................................................................ 47
Liste des figures
7
Chapitre III : Processus expérimentale
Figure III- 1 : Malaxeur à mouvement circulaire. .................................................................................. 51
Figure III- 2 : machine des essais de compression et de flexion. .......................................................... 51
Figure III- 3 : Représentation du ferraillage des armatures longitudinal. ............................................. 52
Figure III- 4 : Représentation du ferraillage des armatures transversales............................................ 52
Figure III- 5 : Préparation des gaines de plastique. ............................................................................... 53
Figure III- 6 : Schéma de ferraillage des poutres type A, Type CA1 et Type CA2 .................................. 53
Figure III- 7 : Représentation du ferraillage des poutres. ..................................................................... 53
Figure III- 8 : Schéma de ferraillage des poutres CS type B.................................................................. 54
Figure III- 9 : Schéma de ferraillage des poutres CS type C.................................................................. 54
Figure III- 10 : Schéma de ferraillage des poutres CS type D................................................................ 54
Figure III- 11 : Coffrage utilisé pour le coulage des poutres.................................................................. 55
Figure III- 12 : Eprouvette cylindrique après 24H du coulage............................................................... 55
Figure III- 13 : Procédé de coulage du BAP 1......................................................................................... 56
Figure III- 14 : Procédé de coulage du BAP 2......................................................................................... 56
Figure III- 15 : Essai d’étalement au cône d’Abrams. ............................................................................ 57
Figure III- 16 : Essai de la boite en L. ..................................................................................................... 58
Figure III- 17 : Essai de stabilité au tamis. ............................................................................................. 58
Figure III- 18 : Représentation de l’essai de compression..................................................................... 59
Figure III- 19: Schéma de répartition de l’annulation d’adhérence le long des armatures tendues (CS
Type B)................................................................................................................................................... 60
Figure III- 20 : Schéma de répartition de l’annulation d’adhérence le long des armatures tendues (CS
Type C)................................................................................................................................................... 60
Figure III- 21 : Schéma de répartition de l’annulation d’adhérence le long des armatures tendues (CS
Type D). ................................................................................................................................................. 60
Figure III- 22 : Fixation des fils électriques aux armatures de traction. ................................................ 61
Figure III- 23 : trempages des armatures inferieur dans l’acide sulfurique. ......................................... 62
Figure III- 24 : Disposition des poutres de béton afin de former un bassin rectangulaire étanche...... 62
Figure III- 25 : Application de la silicone sur le béton. .......................................................................... 63
Figure III- 26 : Application de bande de polystyrène tout le tour du bassin......................................... 63
Figure III- 27 : fixation des fils électriques aux bornes des résistances................................................. 64
Figure III- 28 : installation électrique pour mesurer le courant. ........................................................... 64
Figure III- 29 : Schéma d’installation électrique utilisé. ........................................................................ 64
Figure III- 30 : Bassin terminé................................................................................................................ 65
Figure III- 31 : schéma de dispositif destiné l’essai de flexion 4 point.................................................. 66
Figure III- 32 : Essai de flexion 4 point................................................................................................... 66
Figure III- 33 : pied à coulisse utilisé pour les mesures......................................................................... 66
Chapitre IV : Présentation des résultats
Figure IV- 1 : Diagramme des valeurs de courant mesure de la poutre 3............................................ 68
Figure IV- 2 : Facies de fissuration de la poutre N° 1 de type CA1....................................................... 71
Figure IV- 3 : Facies de fissuration de la poutre N° 3 de type A. .......................................................... 72
Figure IV- 4 : Facies de fissuration de la poutre N° 1 de type CSB. ...................................................... 72
Figure IV- 5 : Facies de fissuration de la poutre N° 1 de type CSB. ...................................................... 73
Figure IV- 6 Facies de fissuration de la poutre N° 4 de type CSD. ...................................................... 73
Liste des figures
8
Chapitre V : discussion et interprétation des résultats
Figure V- 1 : Représentation des différents résultats obtenus à partir des essais à l’état frais mesurés
pour les deux mélanges du béton......................................................................................................... 75
Figure V- 2 : Résultats de résistance à la compression des différents mélanges du béton. ................. 76
Figure V- 3 : Diagramme des valeurs de courant mesure de la poutre 3.............................................. 76
Figure V- 4 : Profil de la teneur en chlorure [ ] dans un béton dans un béton dans l'atmosphère sous
humidité relative constante.................................................................................................................. 77
Figure V- 5 : représentation schématique de processus de diffusion des agents agressif dans le béton
au début de l’essai................................................................................................................................. 77
Figure V- 6 : Représentation schématique des différentes phases de la corrosion des armatures. .... 79
Figure V- 7 : Représentation de la corrosion des armatures dans les poutres de CA1......................... 79
Figure V- 8 : Présentation du taux de corrosion dans les armatures inferieures et les armatures
supérieures............................................................................................................................................ 80
Figure V- 9 : Section d’armatures des déférentes poutres de type CA1............................................... 81
Figure V- 10 : Les valeurs moyennes des charges de ruptures de chaque type de poutre des essais.. 82
Figure V- 11 : Effort de traction résistant par les armatures tendu de chaque type de poutre des
essais. .................................................................................................................................................... 83
Figure V- 12 : Facies de fissuration de la poutre N° 2 de type CA1....................................................... 83
Figure V- 13 : Valeur moyenne de la flèche obtenue de l’essai de flexion. .......................................... 84
Figure V- 14 : Résultats de résistance en compression des déférents types de béton......................... 85
Figure V- 15 : Diagramme des valeurs de courant de corrosion........................................................... 86
Figure V- 16 : corrosion des barres d’armature d’un béton ordinaire durant une période de 28 jours.
............................................................................................................................................................... 86
Figure V- 17 : Corrosion des barres d’armature d’un béton autoplaçant durant une période de 28
jours....................................................................................................................................................... 86
Liste des tableaux
9
Liste des tableaux
Chapitre I : La corrosion
Tableau I- 1 : Probabilité de corrosion en fonction de la valeur de la résistivité [8]. ........................... 20
Tableau I- 2: interprétation de potentiel de corrosion (électrode ) selon la norme ASTM
C876-91. ................................................................................................................................................ 35
Chapitre III : Processus expérimentale
Tableau III- 1 : programme expérimentale……………………………………………………………………...………………49
Tableau III- 2: dosage des constituants des différents mélanges du BAP………………………………………….50
Chapitre IV : Présentation des résultats
Tableau IV- 1 : Résultats théorique. ..................................................................................................... 67
Tableau IV- 2 : Résultats des essais de caractérisation des bétons à l’état frais................................. 67
Tableau IV- 3 : Résultat de l’essai de Résistance en compression des 2 mélanges de béton.............. 67
Tableau IV- 4: Paramètres mécaniques et géométriques obtenus pour les poutres de type CA1. ..... 69
Tableau IV- 5 : Paramètres mécaniques obtenus pour les poutres de type CA2................................. 69
Tableau IV- 6: Paramètres mécaniques obtenus pour les poutres de type A...................................... 69
Tableau IV- 7 : Paramètres mécaniques obtenus pour les poutres CS de type B. ............................... 70
Tableau IV- 8: Paramètres mécaniques obtenus pour les poutres CS de type C. ................................ 70
Tableau IV- 9 : Paramètres mécaniques obtenus pour les poutres CS de type D................................ 70
Tableau IV- 10 : Dimensions de chaque fissure de facies de fissuration de la poutre N° 1 de type CA1.
............................................................................................................................................................... 71
Tableau IV- 11 : Dimensions de chaque fissure de facies de fissuration de la poutre N° 3 de type A. 72
Tableau IV- 12 : Facies de fissuration de la poutre N° 1 de type CSB................................................... 72
Tableau IV- 13 : Facies de fissuration de la poutre N° 1 de type CSC................................................... 73
Tableau IV- 14 : Facies de fissuration de la poutre N° 4 de type CSD. ................................................ 73
Chapitre 01 : La corrosion
12
Introduction
La durée de vie d’un ouvrage peut se définir par le temps durant lequel l’utilisation de
l’ouvrage se fait en toute sécurité. Cette durée de vie est influencée par de nombreux paramètres
tels que la durabilité des matériaux, la durabilité des assemblages de plusieurs matériaux, l’évolution
de l’environnement, et pour ce qui nous intéresse ici, le cumul des dégradations. La dégradation des
ouvrages en béton armée est la conséquence de multiples mécanismes, par exemple les cycles
gel /dégel, l’attaque des sulfates, et enfin la corrosion des armatures qui est une cause majeure des
dégradations d’ouvrage.
1- LE BÉTON ARMÉ
Le béton armé est l'association de deux matériaux, béton et acier ayant le même taux de
dilatation, basé sur leur possibilité d'adhérence. Les aciers résistent aux efforts de traction
extension, tandis que le béton, à la compression. Cette association permet de limiter les
déformations des ouvrages, à la condition que le béton adhère parfaitement aux ferraillages [28].
1-1.Le béton
Le béton est l'un des principaux matériaux de construction. Le béton est le matériau obtenu en
solidarisant, par une pâte liante de ciment, un squelette composé d'un ou plusieurs sables, et d'un
ou plusieurs graviers qui constituent un ensemble homogène. Comme le liant a des propriétés
hydrauliques, ces bétons sont aussi appelés bétons hydrauliques. Lorsqu'il entre, dans la composition
de la pâte liante, des doses importantes de super plastifiants, on appelle ces bétons, bétons hautes
performances, car la réduction d'eau permise par le super plastifiant contribue à l'obtention de
résistances élevée et parce que l'ensemble des qualités du béton s'en trouvent améliorées [28].
1-2.L'acier
Le béton est résistant à la compression mais possède une faible résistance à la traction. C'est
pourquoi, pour lui conférer une bonne résistance à la traction, on dispose dans les parties tendues
des armatures (barres ou treillis) généralement en acier dont les formes utilisées les plus courantes
sont des aciers lisses, des aciers à haute adhérence, ou des treillis soudés fils lisses. L'adhérence
entre l'acier et le béton est nécessaire. Celle-ci est fonction de la forme des armatures, de leur sur-
face (les nervures améliorent l'adhérence), de la rugosité de l'acier et de la résistance du béton. La
quantité d'armatures et leur disposition, dictées par la répartition des contraintes, résultent de
calculs qui font appel aux lois de comportement des matériaux [8].
2- Définition de corrosion
La corrosion désigne l’interaction physico-chimique (en ce sens qu’elle met en jeu des
réactions entre des ions et des électrons) entre un métal et son milieu environnant entrainant des
modifications dans les propriétés du métal et souvent une dégradation fonctionnelle du métal lui-
même, ou de son environnement. Donc la corrosion représente tout processus de dégradation des
matériaux métalliques, ou de leurs propriétés mécaniques, par suite d’une réaction avec le milieu
environnant qui peut être le sol, l'atmosphère, l'eau …ETC. *1+.
Chapitre 01 : La corrosion
13
2.1. Corrosion de l’acier dans le béton
Le béton, du fait de sa forte alcalinité, Cette alcalinité dus à l'hydratation du ciment qui a produit
une solution interstitielle basique de pH élevé (Dans le béton, le pH est de l’ordre de 13), apporte aux
armatures une excellente protection face à la corrosion. Dans ces conditions de pH, l’acier est
protégé grâce à la formation d’un film extrêmement mince (1à 2 nanomètres) et adhérent, nommé
film passif [13].
Sous présence d’eau et d’oxygène, ce film est détruit par différents agents. Le métal est alors
dépassivés et la corrosion devient possible avec formation de nouveaux oxydes, dont le volume au
moins deux fois supérieur à celui du fer initial entrainera des fissurations du béton qui accélérant le
processus de corrosion (voir figure I-1) [1].
La corrosion des armatures est issue d’un processus électrochimique. En effet pour qu’un acier
se corrode, il doit y avoir simultanément:
 Un électrolyte ayant une conductivité ionique non négligeable,
 Une quantité suffisante d’oxygène accédant à la zone cathodique,
 La présence d’agents agressifs,
 les contraintes imposées ainsi que les variations d’humidité
Figure I- 1 : Représentation schématique du processus de corrosion de l’acier dans le béton [7].
• Réactions anodiques :
• Réaction cathodique :
3- Les différents types (formes) de corrosion
Il existe différents types de corrosion :
3-1- La corrosion électrochimique :
La corrosion des armatures est le plus souvent une réaction électrochimique. Celle-ci peut se
présenter sous plusieurs formes :
Chapitre 01 : La corrosion
14
3-1-1. Uniforme ou généralisée :
Cette forme de corrosion est la plus courante. Elle résulte de l’exposition de l’acier au milieu acide
provoquée par la présence d’agents agressifs. La perte de matière se produit de manière uniforme sur
toute la surface d’une armature (voir figure I-2) [5, 6].
Figure I- 2 : Corrosion complète de l’âme des poutres, et corrosion par piqûre au niveau de la
semelle de la poutre [6].
3-1-2. Galvanique (bimétallique) :
Formation d’une pile électrochimique entre deux métaux de potentiels de corrosion différents Le
métal ayant le potentiel le plus négatif subit une corrosion accélérée provoquée par l’autre métal (voir
figure I-3) [5,6].
Figure I- 3 : Exemple corrosion galvanique [19].
3-1-3. Par piqures :
Elle se caractérise par une attaque très localisée d'où son nom de "piqûre" et est
généralement associée à une rupture locale du film passif se produit souvent en présence de
chlorures ou lorsque la passivation des armatures est incomplète (voir figure I-4) [5, 6].
Figure I- 4: Corrosion par piqure et complète des consoles servant d’appuis aux pipes *6+.
Chapitre 01 : La corrosion
15
3-1-4. Corrosion localisée :
Si les zones anodiques sont petites et se trouvent en des endroits fixes, il apparaît de petites
cuvettes ou piqûres de corrosion. Mais ceci ne concerne pas les aciers places dans les bétons (voir figure
I-5) [5, 6].
3-1-5. Corrosion caverneuse :
Est due à une différence d'accessibilité de l'oxygène entre deux parties d'une structure, créant
ainsi une pile électrochimique (voir figure I-6) [5, 6].
Figure I- 6: Exemple d’une corrosion Caverneuse *19+.
3-1-6. Corrosion sous contrainte :
Une fissuration du métal qui résulte de l'action commune d'une contrainte mécanique et d'une
réaction électrochimique [5, 6].
La corrosion par fissuration des matériaux sous l'action conjuguée d'une sollicitation mécanique et
de l'environnement regroupe les phénomènes suivants :
3-1-6.1. La corrosion sous contrainte :
La corrosion sous contrainte résulte de l'action conjuguée d'une contrainte mécanique
(résiduelle ou appliquée) voir figure I-7 [5, 6].
Figure I- 7: Représentation schématique de fissures de CSC au microscope [6].
Figure I- 5: Fissures horizontales, et corrosions locale des armatures mal protégées.
(Front de mer Jijel)
Chapitre 01 : La corrosion
16
3-1-6.2. La fatigue-corrosion :
Ce phénomène apparaît sous l'action conjuguée de l'environnement et d'une sollicitation
cyclique. Elle se manifeste par un abaissement de la résistance du matériau à la fatigue [5, 6].
3-1-6.3. La fragilisation par l'hydrogène :
Ce phénomène provient de la capacité de l'hydrogène à diffuser dans les métaux en modifiant
les propriétés [5, 6].
3-1-7. La corrosion intergranulaire :
Ce type de corrosion peut être dû, soit à la présence d’impuretés dans le joint, soit à
l’enrichissement (ou à l’appauvrissement) local en l’un des constituants. Ce type de corrosion est
particulièrement dangereux car il affaiblit la cohésion du matériau qui se désagrège et perd toutes
ses propriétés mécaniques [5, 6].
3-1-8. La corrosion érosion :
Cette corrosion est produite par le mouvement relatif d’un fluide corrosif et d’une surface
métallique. Les phénomènes de turbulence peuvent détruire les films protecteurs et développe des
vitesses de corrosion très élevées sur des matériaux par ailleurs très résistants en conditions
statiques [7].
3-1-9. La corrosion-frottement (tribocorrosion) :
Elle se produit essentiellement lorsque l’interface est soumise à des vibrations et à des charges
de compression. Ce mouvement relatif peut être très faible («petits débattements» de l’ordre de
quelques micromètres) [7].
3-2- La corrosion bactérienne :
Les micro-organismes ne corrodent pas en eux-mêmes mais ils modifient leur environnement
par des prélèvements et des rejets associés à leur métabolisme (voir figure I-8). La corrosion
bactérienne est donc de nature électrochimique, comme les autres, avec la diversité et la complexité
potentielle des milieux corrosifs.
Les principales façons de lutter contre la corrosion bactérienne consistent à empêcher les
bactéries d’agir sur le milieu ou à les supprimer. Le traitement antibactérien fait appel à des produits
toxiques bactéricides ou bactériostatiques selon que l’on travaille en circuit ouvert ou fermé *7+.
Figure I- 8 : Exemple d’une corrosion bactérienne [19].
3-3- La corrosion atmosphérique :
On désigne par corrosion atmosphérique l’interaction entre le milieu atmosphérique naturel et
un matériau métallique exposé à cet environnement (voir figure I-9). Les matériaux les plus
concernés sont l’acier, le zinc, le cuivre et l’aluminium qui sont largement utilisés dans le bâtiment.
Les vapeurs acides dégagées en milieux confinés par les bois (vapeur acétique) ou certaines matières
plastiques (vapeurs chlorées) peuvent également conduire à des attaques sévères des métaux [7].
Chapitre 01 : La corrosion
17
Figure I- 9 : Exemple d’une corrosion atmosphérique *19+.
4- Facteurs influents sur la corrosion :
4-1- Courants vagabonds
La dissolution (phénomène essentiel de la corrosion) d’un métal correspond à la présence d’un
champ électrique au niveau de son interface avec le milieu aqueux environnant. Si un autre champ
électrique vient s’ajouter à ce premier champ, cette dissolution est accélérée. En pratique une telle
perturbation est produite par des courants électriques continus qui circulent au voisinage et à
l’intérieur du métal, de sorte qu’il peut sortir de celui-ci (voir figure I-10).
Dans la plus part de ces cas, ces courants ont des trajets mal connus ; ils sont dits vagabondes [8].
Figure I- 10: Représentation schématique du processus des courants vagabonds [19].
4-2- Pression
Une pression provoque une contrainte qui va engendrer l’ouverture des fissures dans la micro
structure du béton, ces fissures se développe petit à petit jusqu’à la surface du béton, ces fissures
vont permettre l’immigration d’humidité, comme il est indiqué dans la figure suivante:
Figure I- 11: Démonstration d’effet de contrainte *9+.
Chapitre 01 : La corrosion
18
4-3- L’Environnement.
Les principaux facteurs d’environnement qui peuvent causer la corrosion sont :
4-3-1. La température : Les réactions chimiques ou électrochimiques sont accélérées lorsque la
température s’élève. Par ailleurs, une élévation de température augmente la solubilité des gaz
(oxygène, etc.) et des sels dans l’eau. En ce qui concerne l’oxygène, une corrosion où intervient la
réaction, est ainsi accélérée par une élévation de température. Cet effet est réversible [10].
4-3-2. Influence de l'humidité : L’effet du taux d'humidité, ou degré de saturation en eau, dans le
béton est important car la vitesse de corrosion dépend fortement de ce taux, celui-ci influençant
directement la conductivité, la résistivité électrique et la diffusion de l'oxygène.
-La pollution par l'anhydride sulfureux et les chlorures et le temps durant lequel les métaux
restent mouillés.
-La corrosion des armatures métalliques dans le béton a également été attribuée au chlorure de
calcium qu'on ajoute aux bétons coulés en hiver.
-La pollution peut également jouer un rôle important ; notamment, les rejets de dioxyde de
soufre génèrent des pluies acides, qui peuvent attaquer les objets [8].
4-3-3. Composition chimique (Composition du liquide enivrement)
Le milieu liquide qui entoure un métal influe fortement sur les propriétés du produit de corrosion.
Ainsi, si le milieu est très acide. La réaction 1 n’a pas lieu : aucun recouvrement ne se forme sur le
métal :
……………………. *Réaction 1] [6]
4-4-Dioxyde de carbone
La stabilité du film passif est étroitement liée à la valeur du pH au voisinage de l’acier. Or lorsque
le pH devient inférieur à 12 environ, le film disparait. Tous les mécanismes qui peuvent provoquer
une diminution du pH dans le béton peuvent donc contribuer à amorcer ou accélérer la corrosion des
aciers d’armature. Dans la grande majorité des cas, c’est le phénomène de carbonatation qui est
principalement responsable de l’abaissement du pH dans le béton *10+.
La carbonatation est engendrée par réaction entre le dioxyde de carbone de l’air et certains
constituants du béton. Le dioxyde de carbone gazeux pénètre par diffusion dans le réseau poreux du
béton et réagit avec la portlandite Ca(OH) 2 pour de la calcite CaCO3, ce qui provoque un abaissement
du pH à 9 environ, selon la réaction 2 suivante en milieu aqueux :
…………………………. *Réaction 2] [11].
4-5-Ions de chlorure
Les ions chlorures vont se propager dans le réseau poreux du béton d’enrobage véhiculés par
l’eau. S’ils atteignent les armatures en quantité suffisante, appelée concentration critique, les aciers
vont alors être dépassivés et la corrosion va débuter en présence de dioxygène puis se propager [3].
Les chlorures ayant atteint l’armature attaquent l’acier, initialement passivé, en certains points
localisés (La destruction locale du film passif et l’initiation d’une corrosion localisée). Le film passif est
alors détruit localement et laisse apparaitre des zones anodiques ou l’acier est dissout. Le reste de la
surface qui est encore passivée correspond aux zones cathodiques. La surface des zones cathodiques
étant bien plus importante que celle des zones anodiques. La surface des zones croit en profondeur
plutôt qu’en surface de l’acier, formant ainsi des piqures ou de cavernes. Le mécanisme de ce type
de corrosion est complexe car la composition de la solution à l’intérieur de la piqure est modifiée par
rapport à celle de la solution interstitielle qui l’entoure *3+.
Chapitre 01 : La corrosion
19
Ces réactions (réaction 3 et 4) acidifient la solution dans la piqure, abaissant fortement le pH
entre 3,8 et 5. Les ions chlorure régénérés continuent d’être actifs pendant tout le processus de
corrosion qui est ainsi autocatalyse [3], comme il est indiqué dans la figure suivante:
…………………….. [Réaction 3] [3].
……………………... [Réaction 4] [3].
Les ions hydroxyde de la phase interstitielle du béton se combinent alors aves les ions ferreux
Fe2+ ayant diffusé hors de la piqure tandis que la réaction cathodique est la même que dans le cas de
corrosion en absence de chlorure.
Tant que la solution à l’intérieur de la pique est acide, la dissolution de l’acier reste active et les
piqures croissent en profondeur.
Les conditions d'exposition de la structure sont
des éléments prépondérants dans le mécanisme de
dégradation. Suivant le type d'exposition, différents
mécanismes de transports des ions chlorures sont
considérés. En environnement marin par exemple, on
distingue les zones submergées, pour lesquelles le
béton est saturé ce qui conduit à un transport des
chlorures uniquement par diffusion (voir figure I-13),
de celles où le transport se fait par diffusion et
convection lorsque le béton n'est que partiellement
saturé (zone de marnage par exemple) [12, 8].
4-6- Influence du béton armes sur les aciers d’armatures
4-6-1. Influence de l'enrobage
L'épaisseur de l'enrobage en béton détermine le temps que vont mettre les espèces agressives
pour arriver à l'armature [8].
4-6-2. Influence de la composition du béton
Tout ce qui conditionne la solution interstitielle et la porosité du béton est un facteur pouvant
affecter ou non la corrosion. Le type et la teneur en liant, les additions minérales et le rapport E/C
(Eau/ciment) déterminent la performance d'un béton. Le choix de la formulation du béton et de la
Figure I- 12: Attaque de l’acier par les ions de chlorure *8+.
Figure I- 13 : Conditions d'exposition en
environnement marin [12]
Chapitre 01 : La corrosion
20
nature de ses principaux constituants constitue une approche pour augmenter la résistance à la
corrosion du béton. Toutes modifications de la formulation d'un béton produisant une augmentation
de sa compacité ou une réduction de sa perméabilité ont généralement un effet favorable sur la
résistance à la corrosion.
Le rapport E/C a une très grande influence sur la porosité du béton : plus il est important, plus la
porosité est grande, facilitant ainsi la pénétration des espèces agressives puis la corrosion de l'acier.
L'influence du rapport E/C est bien plus importante que le type de liant utilisé [8].
4-6-3. Influence de la résistivité du béton
La résistivité électrique affecte de manière significative la corrosion des armatures puisqu'il
existe une relation entre la corrosivité et la résistivité du béton. La résistivité du béton est fonction
de la composition de la solution interstitielle, de la microstructure du béton (taille et distribution des
pores), de l'humidité et de la teneur en sels ainsi que de la température.
La valeur de la résistivité du béton se situe le plus souvent entre 103
et 107
ohm/centimètres [8].
Résistivité du béton (RVL. cm) Probabilité de corrosion
< 5 Corrosion quasi-certaine
5 - 12 Corrosion probable
> 12 Corrosion improbable
Tableau I- 1 : Probabilité de corrosion en fonction de la valeur de la résistivité [8].
4-7- Facteurs marin :
Les produits de corrosion qu’on peut rencontrer en contact avec de l’eau de mer sont les
carbonates, sulfures, oxydes…etc.
Le dioxyde de carbone (CO2) est un gaz corrosif pour l’acier au carbone et les aciers faiblement
alliés. Le produit de corrosion est le carbonate de fer, mais comme l’eau de mer contient moins de 1
ppm (Partie par million) de CO2 dissous, la corrosion due au CO2 est négligeable.
L’eau de mer ne contient pas d’hydrogène sulfuré. Celui-ci est produit par les bactéries sulfato-
réductrices. C’est également un agent corrosif. Le produit de corrosion est le sulfure de fer qui forme
généralement une couche adhérente et de faible épaisseur.
La réaction de l’oxygène dissous avec l’acier au carbone conduit à la formation des oxydes
et/ou d’hydroxydes de fer *2+.
4-7-1. Salinité
L’eau de mer est un milieu complexe du point de vue chimique et biologique. Son pH est
relativement uniforme (environ 8,2). Ses constituants se caractérisent par une forte salinité, d’où une
conductivité élevée, ce qui favorise les couples galvaniques ainsi que les attaques localisé car la
résistance de l’électrolyte ne joue plus qu’un rôle mineur dans le contrôle des courants de corrosion.
Par ailleurs les chlorures sont présent dans l’eau de mer, et on a déjà vue ces effets précédâmes *2+.
4-7-2. Oxygène
L’oxygène est le facteur important de la corrosion.
En eau de mer, la réaction cathodique est le plus souvent la réduction de l’oxygène dissous
donnant des ions OH :
L’augmentation de la concentration en oxygène favorise cette réaction et peut conduire à une
augmentation de la corrosion par dépolarisation cathodique. De plus, les variations de la
concentration en oxygène à la surface d’un même matériau sont à l’origine de la corrosion par
aération différentielle : les surfaces ayant la concentration en oxygène la plus faible subissent une
corrosion accélérée en devenant anodes, alors que la réduction de l’oxygène a lieu sur les surfaces
Chapitre 01 : La corrosion
21
ou la concentration est la plus forte. Si l’oxygène favorise la formation des films passifs des matériaux
passivables, par contre la présence de chlorures rend ces films imparfaits. Il en résulte une
augmentation des risques de corrosion par piqures avec la teneur en oxygène [2].
Figure I- 14 : Processus cathodique de réduction de l’oxygène dissous *2+.
4-7-3. Les bactéries
Les bactéries sont susceptibles d’intervenir de deux façons principales dans les mécanismes de
la corrosion par piqures : en modifiant les conditions locales d’aération ou en créant des produits de
métabolisme ayant un caractère agressif. Si l’on prend les bactéries sulfato-réductrices anaérobies,
elles se nourrissent de lactates pour les transformer en polysaccharides qui sont de longues chaines
organiques ; Sous ce biofilm, le milieu confiné et désaéré, et des acidifications locales sont possibles.
De plus, ces bactéries tirent leur énergie de la transformation des sulfates en sulfures qui peuvent
agir pour débuter la corrosion par piqure. Le développement d’une colonie de ces bactéries
provocant une telle corrosion demande plusieurs semaines pendant lesquelles le potentiel de
germination de piqure a apparemment tendance à augmenter à cause du rôle des OH-
de l’eau et de
la présence d’un film supplémentaire de polysaccharides *2+.
5- Les effets de la corrosion sur le comportement des structures.
5-1-Influence de la rouille sur la contrainte d’adhérence de l’acier et la fissuration du béton :
Lorsque les armatures du béton armé se corrodent, une couche de rouille va occuper un volume
deux à trois fois supérieur à celui du métal sain (dans certaine recherche sept fois), cette couche à
deux inconvénients :
L’augmentation des fissures du béton d’enrobage (qui vont favoriser l’acheminement des agents
agressifs jusqu’à l’armature), l’augmentation des fissures a une influence sur l’aspect d’exploitation
de la structure (pénétration d’eau de pluie ou de mer à l’intérieur de la structure) *13+.
Figure I- 15 : Illustration de l’influence de la rouille *14+
Chapitre 01 : La corrosion
22
5-2- La diminution d’adhérence entre l’acier et le béton
Un autre dommage à prendre en compte pour évaluer la durée de vie d’un ouvrage attaqué
par la corrosion est la perte d’adhérence (voir figure I-16). On peut également l’exprimer en fonction
du temps. Des expressions empiriques peuvent être établies, qui nécessite d’autres paramètres,
déterminés soit à l’aide d’essais non destructifs soit à l’aide de tableaux empiriques. Cette perte
d’adhérence sera comparée à une valeur seuil *13+.
5-3-influence de la réduction de section d’acier :
La réduction de section se traduit par une diminution
du diamètre pour les barres ou par une diminution
d’épaisseur pour les tôles [15]:
Lorsque le taux de corrosion augmente, la
déformation plastique à rupture se réduit, comme il est
indiqué sur la figure I-17 :
Selon la figure I-18, dès que le pourcentage de la perte de masse augmente la perte de ductilité augmente.
Figure I- 18: Influence de la corrosion sur le comportement de l’acier (pour une barre de 6 mm) en
fonction du taux de corrosion [15].
Figure I- 16 : illustration de la perte d’adhérence *19+.
Figure I- 17 : L’évolution de la déformation
plastique à rupture en fonction du taux de
corrosion [15].
Chapitre 01 : La corrosion
23
La réduction de section de l’acier et du béton due à la rouille va causer une diminution de la
résistance de la pièce ou de la structure entière.
Pour évaluer la résistance d’un élément corrodé ou d’une structure entière, il faut refaire les
calculs en prenant compte la réduction de section de l’acier et du béton, car en négligeant cette
perte section la structure ou l’élément ne pourra pas supporter la charge et les surcharges qu’il y été
conçus pour supporter [15].
5-4-Excentricité dus à la perte de section:
Lors de la perte de section d’acier ou du béton dus par la corrosion une excentricité se forme
au niveau de la section, cette excentricité provoque un moment de plus (voir figure I-19).
Figure I- 19 : Exemple d’une charge de compression appliqué sur un poteau en BA avec un acier sein
et un acier corrodé plus une dégradation du béton.
L’organigramme figure I-20 présente le mécanisme de propagation de la corrosion de l’acier
dans le béton, ainsi que les différents paramètres qui influent la corrosion.
Chapitre 01 : La corrosion
24
Figure I- 20: Mécanisme de propagation de la corrosion [13].
6- Remèdes et différent traitement
Les techniques de prévention de la corrosion sont diverses : le dimensionnement de l'acier, la
protection par peinture ou autre revêtement de surface ou la protection cathodique. Le choix de
l'une ou de plusieurs de ces techniques dépend de divers paramètres comme l'agressivité du milieu
ambiant, la durée de protection envisagée, les possibilités de mise en œuvre et d'entretien et le coût.
Une optimisation technico-économique est à faire entre ces différents facteurs.
6-1. La protection cathodique
La protection cathodique des armatures métalliques dans un béton est un traitement appliqué
de façon permanente qui permet de ralentir, voire d’arrêter leur corrosion. Elle consiste à abaisser le
potentiel électrochimique de l’armature jusqu’à une valeur seuil appelée potentiel de protection qui
est telle que la vitesse de corrosion de l’acier devient négligeable. Le principe de la protection
cathodique consiste à polariser l’armature dans le béton, à l’aide d’une anode placée de façon
permanente sur le parement ou parfois dans l’enrobage. Le courant de polarisation, qui circule de
l’anode vers l’armature, se situe entre 2 et 50 mA par mètre-carré de surface d’armature.
Il existe deux techniques de protection cathodique :
• par courant imposé : un générateur électrique est placé entre l’anode et l’armature,
• par anode sacrificielle (courant galvanique) :l’anode, en alliage correctement sélectionné, est
directement reliée à l’armature, elle se fait avec l’aide d’un plongeur professionnel qui nettoie la
Condition d’exposition :
température, pression,
humidité.
Embrun marins
Sels de déveglaçage
E/C élevé
Porosité élevé
fc28 faible
Carbonatation du béton
enrobage
Attaque par les chlorures
libres
BETON
CORROSION
Fissuration du béton
d’enrobage
Diffusion du Co2
Chapitre 01 : La corrosion
25
surface du pieu, ensuite Il vient souder la fixation du bas, en suite on fait descendre l’anode. Il suffit
de faire coulisser l’embout dans la fixation, on soude la fixation du haut. Les anodes sont entretenues
tous les 10 à 20 ans selon leur exposition [17].
6-2. Traitements de surface
6-2-1. Protection des armatures
La protection des armatures consiste à appliquer sur toute la surface de celles qui sont dégagées
(périphérie complète), un produit assurant une protection vis-à-vis de la corrosion. Ce traitement
n’est réellement nécessaire que si, pour des raisons techniques ou esthétiques. On devra également
s'assurer de la compatibilité avec les traitements ultérieurs (électriques notamment). Cette
application doit suivre immédiatement le décapage, car l’oxydation des armatures risque de
s’amorcer et de compromettre la bonne tenue de la réparation [17].
6-2-2. Imprégnations
D’une façon générale, les produits appliqués par imprégnation sont des consolidant ou des
hydrofuges. Ils se distinguent par leur fonction principale :
 un produit consolidant confère à une zone peu profonde altérée, une cohésion identique à
celle du même matériau d’origine. Il ne s'agit donc pas d’une consolidation structurale à l’échelle
d’un ouvrage.
 un hydrofuge constitue une barrière interne au matériau, vis-à-vis de la pénétration de l'eau
liquide, sans trop affecter la perméabilité à la vapeur d'eau. Un hydrofuge est dit de surface, lorsqu’il
est appliqué sur le béton durci [17].
Domaine et limites d’emploi
Une hydrofugation se justifie, si le béton subit une altération liée à un contact avec de l’eau
liquide provenant de l’atmosphère (et non pas du sol ou d’une fuite d’eau). Ce traitement est
appliqué à titre préventif ou curatif.
L’altération du béton n'affecte généralement que les zones soumises aux pluies battantes, au
ruissellement ou au rejaillissement. Il est donc inutile d’hydrofuger des zones qui sont, par exemple,
à l’intérieur d’un bâtiment.
Les dégradations liées aux sels solubles s’intensifient après hydrofugation. Pour assurer une
bonne durabilité au traitement, il est important de limiter les risques de pénétration d’eau et de sels
par l’arrière de la surface traitée. Les surfaces sur lesquelles l’eau stagne, ne peuvent pas non plus
être traitées efficacement [17].
6-2-3. Inhibiteurs de corrosion
Par définition, un inhibiteur de corrosion est un composé chimique qui, ajouté en faible
concentration au milieu corrosif, ralentit ou arrête le processus de corrosion d'un métal placé dans
ce milieu [17].
Ses fonctions essentielles sont les suivantes :
 de pénétrer une couche de béton très hétérogène par nature (variations de compacité
notamment).
 d’abaisser la vitesse de corrosion du métal, sans en affecter ses propriétés (ni celles du milieu
environnant).
Le mécanisme d'action d’un inhibiteur peut être divers. L'inhibiteur recouvre (adsorption) la
surface du métal, et réduit les surfaces de réactions élémentaires. Il peut former également des
Chapitre 01 : La corrosion
26
composés avec le métal et le liquide environnant et modifier les réactions d’interface. Dans les deux
cas, la vitesse de corrosion peut être ralentie, voire annulée.
Les inhibiteurs de corrosion sont classés selon leur mode d'action [17] :
a- Les inhibiteurs anodiques ont une action sur la diminution du courant sur la partie anodique de la
surface du métal.
b- Les inhibiteurs cathodiques induisent une augmentation de la surtension cathodique, et réduisent
donc le courant de corrosion.
c- Les inhibiteurs mixtes sont à la fois les propriétés des inhibiteurs anodiques et cathodiques.
6-3. Revêtements de surface
6-3-1. Les peintures
Les peintures antirouille ont un rôle de protection et parfois de décoration. La protection est
assurée soit par une action de nature électrochimique, obtenue par les pigments ou leurs produits de
réaction avec l’acier, soit par une isolation de l’acier par rapport au milieu agressif. Elles sont
essentiellement constituées par les liants, pigments, solvants et plastifiants [17].
6-3-2. Les revêtements minces
Les revêtements minces peuvent être [17] :
• des revêtements plastiques épais contenant généralement des charges grossières et à base de
résines acryliques ou polyuréthannes,
• des revêtements d’imperméabilité à base de résine acrylique,
• des revêtements divers à base de polyuréthane.
Selon leur nature, ces produits sont appliqués à l’aide de spatules ou de machines spéciales.
6-3-3. Protections par revêtements métalliques
Les critères de choix d’un revêtement protecteur vont dépendre des conditions d’utilisation
de la pièce. Nous nous limitons ici au cas d’une corrosion humide. Il existe é type de revêtement
métallique :
6-3-3.1. Les revêtements métalliques protecteurs
Les revêtements métalliques protecteurs sont constitués d’un métal plus noble que les
substrats tels que le chrome ou le nickel pour l’acier et sont dits cathodiques. Pour assurer leur
fonction de protection, s’il existe une fissure ou une discontinuité dans le revêtement laissant
apparaître le substrat, il va se créer une pile électrochimique avec attaque du substrat [17].
6-3-3.2. Les revêtements métalliques sacrificiels
Dans le cas des revêtements sacrificiels (ou anodiques), le métal apporté est moins noble
que celui à protéger et le revêtement se dégrade à la place du substrat. La protection est assurée
même en cas de discontinuité. Par contre, elle est limitée dans le temps car elle est directement
liée à la durée de vie du revêtement, c’est-à-dire à son épaisseur et à l’ampleur du couplage *17+.
7- Initiation et propagation de la corrosion
Selon le modèle de Tuutti, la durée de vie des structures de béton armé peut être séparée en
deux phases distinctes telles que démontré à La figure I-21, [27].
 La première phase est l’initiation de la corrosion dans laquelle l’armature est passive, mais le
processus de dépassivation, c.-à-d. carbonatation ou pénétration des ions chlorure dans le
béton, se développe.
 seconde phase est la propagation de la corrosion qui débute lorsque l’acier est dépassivé et
qui se termine lorsqu’un état limite est atteint au-delà duquel les conséquences de la
corrosion ne peuvent plus être tolérées.
Chapitre 01 : La corrosion
27
Figure I- 21: Période d'initiation et de propagation de la corrosion dans les structures de béton armé
[19] [27].
Le temps d’initiation et la cinétique de propagation de la corrosion dépendent de plusieurs
facteurs tels que : les caractéristiques du mélange de béton, les propriétés des barres d’armature
ainsi que l’état de surface des barres d’armature [27].
Selon Bertolini et all. (2004), (cité par [27]) la qualité du mélange de béton dépend pour
beaucoup du rapport eau/ciment (e/c), de la minéralogie du ciment et de la présence ou non
d’ajouts cimentaires.
Tel que démontré par Meyer (1968), (cité par [27]) Midgley et Illston (1984) et Zhang et coll.
(2005), plus le rapport e/c est élevé, plus la perméabilité du mélange de béton est grande. Un
mélange ayant une forte perméabilité (faible qualité) est normalement plus poreux et laisse passer
plus facilement les agents agressifs. En outre, pour un même type de barre d’armature, plus la
perméabilité du béton est grande, plus l’initiation et la propagation de la corrosion risque d’être
rapide.
Par ailleurs, la sélection du liant peut avoir une influence significative sur la capacité du béton
à réduire la pénétration des ions agressifs comme les ions chlorures. Des travaux antérieurs ont
clairement démontré que le choix du type de ciment (et notamment de sa minéralogie) pouvait
considérablement affecter la durée de vie des ouvrages exposés à des ions chlorure (Hussain et coll.
1996 et Zhang et coll. 2005). Selon ces études, une réduction de la teneur en C3A aurait comme
Période d’initiation
1
2
3
4Période de propagation
Temps d’exposition
Détérioration
Incubation Propagation de défauts
dus à la corrosion
1 Dépassivation des aciers
2 Formations de fissures
3 Ecaillage du béton
4 Destruction de la structure due à
réduction de section utile et/ou une perte
d’adhérence
Etatslimites
Période d’initiation
Période de propagation
Chapitre 01 : La corrosion
28
conséquence d’augmenter de manière considérable la pénétration des ions chlorure et par le fait
même de réduire la période requise pour initier la corrosion des armatures [27].
8- Adhérence acier-béton
L’adhérence entre l’acier et le béton est un des facteurs essentiels pour obtenir de bonnes
performances des structures en béton armé. La charge externe n'est jamais appliquer directement à
l'acier d’armature, la charge est habituellement transmise par le béton vers l’acier. L’importance
relative de ces liens dépend surtout du type d’élément armé (poutre, poteau,…) et de la nature des
barres d’armature (lisses ou crénelées). La capacité de l’ancrage peut également être influencée par
différents paramètres comme l’épaisseur de recouvrement, la surface de l’armature, le fluage du
béton, la température, la corrosion, etc... Le transfert des efforts est alors assuré par le frottement
entre l’acier et le béton et la butée des crénelures (l’appui des faces du crénelage contre le béton)
[22].
Pour de faibles pourcentages de corrosion, avant la formation des fissures primaires, il
apparaît une augmentation du frottement entre l’acier et le béton. Cette augmentation est causée
par l’augmentation de la rugosité de la barre d’acier en raison de la formation d’une fine couche de
rouille stable et adhérente [22].
A la fin de ce stade, l’apparition des fissures primaires va avoir pour effet de diminuer
l’adhérence, mais le confinement de la barre par le béton est encore important. Avec le
développement de la corrosion, l’adhérence maximale va subir une chute importante. En effet, la
dégradation très importante de la surface de l’acier va provoquer l’émoussement, voire la
disparition, des nervures, rendant très faibles les interactions entre l’acier et le béton. De plus le
confinement du béton environnant sera diminué par l’ouverture de fissures longitudinales.
Le dernier stade correspond à une très faible diminution de l’adhérence maximale en fonction
de la corrosion. Le confinement de la barre est alors fortement diminué, et une augmentation de la
corrosion n’aura quasiment plus d’effet sur la dégradation de l’interface. Il en restera une contrainte
résiduelle [13].
Figure I- 22: Mécanismes d’adhérences acier-béton [22].
Chapitre 01 : La corrosion
29
Figure I- 23 : Représentation schématique de la variation de l’adhérence maximale avec la corrosion *22+.
9- Effets de la corrosion sur le comportement de structures fléchies.
Plusieurs facteurs influent sur le comportement en flexion de structures corrodées (voir figure
I-24), la réduction de section d’acier, la perte d’adhérence entre l’acier et le béton,
l’endommagement du béton dans les parties tendues et comprimées. La difficulté est de faire le lien
entre ces paramètres afin d’en connaître l’influence.
Pour le comportement en flexion, plusieurs chercheurs ont observé sur des poutres vieillies en
ambiance saline que le profil de fissuration dû à la corrosion des armatures comprimées n’avait pas
d’influence significative. L’intérêt de ses études était de voir l’effet couplé de la réduction de section
de l’acier tendu et de la perte d’adhérence entre l’acier et le béton. Il a observé que pour le
comportement mécanique en flexion de poutres en béton armé en service, la perte d’adhérence
était responsable d’au moins 50% des dégradations des poutres. En effet, la contribution du béton
tendu entre les fissures est nettement diminuée, causant l’affaiblissement de l’adhérence. Au
contraire, dans le cas du comportement à ruine, c’est la perte de section qui est la principale
responsable de la diminution de la capacité portante des structures. Cet effet se traduit par la perte
importante de ductilité des poutres soumises à la corrosion localisée. En effet, lorsque la corrosion
est localisée, les armatures tendues vont subir une concentration de contraintes dans la zone
corrodée se traduisant par une plastification précoce de l’acier dans cette zone. Lorsque tout l’acier
se plastifie, la réserve de déformation plastique dans la zone corrodée est largement consommée, ce
qui entraîne une rupture précoce de l’acier. Néanmoins, dans le cas d’une corrosion uniforme et
généralisée, la ductilité des poutres (en termes de flèche) est beaucoup moins affectée, et la perte
d’adhérence joue probablement un rôle important dans ce phénomène *22+.
Selon Mickaël DEKOSTER. (2003) *13+: L’adhérence entre l’acier et le béton sera modifiée en
fonction de l’état de l’interface. Expérimentalement, l’adhérence évolue suivant trois phases. La
première correspond aux faibles pourcentages de corrosion, l’adhérence augmente légèrement du
fait de l’augmentation de la rugosité de la barre apportée par la rouille adhérente. La seconde phase
correspond à la chute brutale de l’adhérence résultant de l’accumulation de produits de corrosion
autour de l’armature, ayant pour effet direct d’émousser les nervures des barres d’acier et de
provoquer une fissuration longitudinale responsable d’une perte de confinement. La transmission de
l’effort entre l’acier et le béton se trouve ainsi reportée de plus en plus loin des fissures transversales
ou primaires. Dans la troisième phase, la contrainte d’adhérence évolue de façon constante avec une
valeur très faible, environ 10% du maximum de contrainte observé pour au pourcentage de corrosion
Chapitre 01 : La corrosion
30
nul. Cette phase correspond à un comportement résiduel.
Figure I- 24: Effets de la corrosion sur le comportement mécanique de structures corrodées [13].
10- Corrosion accélérée: essais
Sur site, les ouvrages soumis à la corrosion ne développent pas des désordres observables
qu’au bout de 10 à 20 ans de service pour cette raison, de nombreux essais en laboratoire ont été
effectués sur des éléments en béton armées de manière à obtenir une corrosion accélérée pour
obtenir l’accélérer du processus de corrosion qui peut prendre plusieurs années pour s’initier en
conditions naturelles. Ainsi, les résultats des essais sont connus plus rapidement.
Plusieurs méthodes sont utilisées, soit par vieillissement accéléré du béton, soit en accélérant
la vitesse de corrosion de l’armature.
Il existe plusieurs méthode pour accélère la corrosion des aciers dans le béton, on peut citer
les Quatre méthodes ou approches principales et applicables pour accélérer la corrosion des
armatures dans le béton sont utilisées par les chercheurs [16] [24].
 La première méthode consiste en l’application d’un courant électrique au travers les
armatures,
 La seconde méthode consiste de favorisant la pénétration des agents agressifs par
l'immergeant des éprouvette l'alternance de périodes (séchage/ humidification) dans un
milieu agressifs favorisant l'attaque des ions de chlorures,
 La troisième méthode consiste en l’ajout de chlorures de sodium dans le mélange de béton
lors du gâchage.
REDUCTION DE LA CAPACITE PORTANTE
Baisse de la
résistance à la
corrosion
Ductilité Résistance Ancrage Interaction
acier-béton
Diminution de la
section du béton
Disparition des
nervures
Locale Générale Adhérence Fissuration du
béton d’enrobage
CORROSION
Perte de section
d’acier
Expansion
volumique
Dégradation de
l’interface
Chapitre 01 : La corrosion
31
 La quatrième méthode, les éléments de béton armé sont exposés à des conditions
environnementales sévères en utilisant une chambre où un brouillard salin est pulvérisé au-
dessus des éprouvettes.
10-1- Essai avec courant imposé
Le principe de cette méthode est d’accéléré le processus de corrosion par l’application d’un
courant externe sur les éléments de béton armé. Plusieurs configurations ont été conçues et sont
utilisées par les chercheurs. Dans chacun des cas, la corrosion est induite en forçant le potentiel
électrochimique entre l’anode et la cathode créant ainsi un courant de corrosion (Il s’agit de créer
entre l’électrode de travail (anode) et la contre-électrode (cathode) une connexion de manière à
accélérer le processus de corrosion), voir Figure I-25 [16] [24].
Figure I- 25 : Exemple de montage de corrosion accélérée par courant imposé
De nombreuses études ont été réalisées avec un courant imposé pour accélérer la corrosion
des corps d’épreuve.
Austin et Lyons (2004) ont imposé des courants de corrosion de l’ordre de 100
obtenant ainsi au bout de 2 jours une corrosion significative. Ces essais ont une durée de 2 semaines
[24].
ElMaaddawy (2003) a imposé un courant de 200 , le but étant d’obtenir de la
fissuration par corrosion. [24]
Gonzalèz et Feliu ont imposé un courant de 10 à 100 sur des éprouvettes en béton
armé. Ces essais ont une durée de 1 mois. Cela a pour avantage de maîtriser le courant de corrosion.
L’armature est bien corrodée et on obtient des produits de corrosion [24].
Toutefois, on remarquera que de telles valeurs ne sont pas représentatives des valeurs
usuelles rencontrées en corrosion naturelle et qu’en outre, elles sont à l’origine de phénomènes
perturbateurs comme l’électrolyse de l’eau [24].
Le principal avantage de l’approche de la densité de courant fixe provient de la réduction
significative du temps requis pour propager la réaction de corrosion. Le temps de fissuration peut
passer de plusieurs années à quelques jours en fonction de l’intensité de courant appliquée. Cette
courte période de temps pour produire des essais est appréciée par les ingénieurs qui veulent
étudier l’influence de la corrosion de l’acier sur le comportement mécanique des éléments en béton
armé [16].
+ -
Réservoir
3,5% de NaCl
Béton
Armature
(Anode)
Acier inoxydable
(Cathode)
Source de courant
Chapitre 01 : La corrosion
32
Cette méthode souffre de plusieurs inconvénients remettant en question la validité ou du
moins la portée des résultats. Le courant électrique applique sur les armatures directement agit
comme moteur, génère un potentiel électrochimique sur la surface entière de l’armature. Ce dernier
a une influence directe sur la composition chimique de la solution des pores autour des armatures.
Cette altération mène à une réorganisation significative de la microstructure des hydrates de la pâte
à l’interface de l’acier / béton. Par exemple, l’application d’un courant externe favorise la lixiviation
des hydroxydes en dehors du béton, altérant ainsi la microstructure du béton. Ces altérations
microstructurales réduisent le lien mécanique entre le béton et l’armature, ainsi modifie également
la distribution des produits de corrosion le long des armatures. Sous ces conditions, l’accélération du
taux de corrosion tend à limiter la capacité des oxydes à migrer dans la matrice de béton, et favoriser
la précipitation des produits de corrosion à proximité de l’interface acier / béton [16].
Petre-Lazar (2000) a observé peu ou pas de diffusion des produits de corrosion dans des
éprouvettes qui ont été soumises à de la corrosion accélérée par l’application d’un courant externe.
Cette distribution inhabituelle des produits de corrosion autour des aciers semble avoir une influence
significative sur le comportement mécanique des éléments en béton armé soumis à la corrosion
accélérée [16].
10-2- Essai par immersion-séchage et milieu chloruré
Le principal objectif de cet essai est d'accélérer les processus de corrosion des armatures, en
favorisant la pénétration des agents agressifs (chlorures), tout en conservant les deux étapes
essentielles du mécanisme de la corrosion, l'étape d'amorçage et l'étape de croissance [24].
L'attaque corrosive est constituée par la combinaison de deux paramètres :
- Alternance de périodes d’immersion et de séchage,
- Présence d’un milieu agressif (eau salée).
Zdunek et P. Shah (1995) ont exposé les corps d’épreuve dans une solution électrolytique de
sel cyclique pendant 3 mois de façon à initier et accélérer la corrosion. Il s’agit d’une solution à base
de 15% de avec des cycles de séchage de 3 jours et d’humidification de 4 jours [24]. Les cycles
de séchage et humidification accélèrent la pénétration de l’eau à l’intérieur. Il s’ensuit une altération
du béton et plus particulièrement de la pâte de ciment due à la présence de l’eau. Le fait d’abaisser
le pH de la solution électrolytique (pH< 11,5) conduit à la décalcification du béton.
Andrade et al (1991) ont introduit dans la pâte de ciment 3% de par kilogramme de
ciment de manière à provoquer une attaque active des armatures. De même, les éprouvettes ont
subi des périodes répétées de séchage-humidification à l’aide d’un tampon humidifié placé à la
surface des éprouvettes. Les tests étant longs (6 ans), des courants anodiques ont été appliqués pour
accélérer les tests [24].
Dans le cas de ces essais de corrosion accélérée, on obtient une corrosion localisée, par piqûre.
10-3- Essai par l’ajout de chlorures de sodium dans le béton à l’état frais
Dans cette méthode consiste à ajouter du chlorure de sodium ( ) dans le mélange de
béton lors de la gâchée [16].
Cette méthode possède l’avantage d’initier la corrosion plus rapidement qu’en condition
naturelle puisque les chlorures entourent déjà les armatures. [16] Un second avantage de cette
approche provient du processus électrochimique similaire aux conditions naturelles menant
probablement à la formation des mêmes produits de corrosion.
Et comme d'habitude, cette méthode possède également des désavantages. Sous les
conditions réelles, l’initiation de la corrosion débute plusieurs mois ou années après la mise en place
Chapitre 01 : La corrosion
33
du béton. À ce moment, le béton est mature et stable. L’introduction de chlorures dans le mélange
de béton à l’état frais réduit le temps de prise et modifie significativement la microstructure du
béton [16].
Selon, Tracetteberg et coll. (1974) et Ramanchandran (1976), la présence des chlorures dans
la solution contribue à diminuer le rapport C/S du C-S-H et engendre une structure poreuse plus
grossière. L’altération de la microstructure du béton a une influence directe sur la cinétique de
corrosion. Par exemple, une porosité plus grossière sera plus sensible aux effets du séchage et
augmentera le taux de pénétration de l’oxygène dans le matériau [16].
De plus, les investigations de Enevoldsen et coll. (1994) montrent que le mécanisme liant
dépend de la façon dont les chlorures sont introduits dans le béton, soit mélangés au béton lors de la
fabrication, soit par pénétration des chlorures dans le béton durci depuis l’environnement. En
conséquence, la composition chimique de la solution des pores entourant l’armature semble être
affectée par la source de chlorures.
10-4- Essais brouillard salin
Il s’agit d’effectuer une attaque accélérée, il consiste à vaporiser une solution d'eau et de sel
( ) sur les éprouvettes (Figure I-26).
Le brouillard salin est généré par quatre pulvérisateurs en plexiglas positionnés à chaque angle
supérieur. Ils sont alimentés en air comprimé à une pression de 1000 et en eau salée à 35 g/l, ce
qui correspond à la concentration de l’eau de mer dont la teneur en sels se situe souvent entre 32 et
38 g/l. La température moyenne de l'enceinte est de 20 °C. [16] [24]
Figure I- 26: brouillard salin – essai [19].
11- Modélisation du comportement global des structures corrodées
Il existe de nombreuses méthodes de calcul analytique et numériques (éléments finis, éléments
discrets..), qui peuvent être utilisées pour la prédiction du comportement de structures fléchis
dégradées par la corrosion, on site parmi eux :
Selon Dagher et Kulendran [13] : ont estimé l’état de fissuration autour des armatures à partir
d’un volume connu de produits de corrosion. Leur objectif était de fournir un outil prédictif de la
dégradation de l’interface acier-béton.
Selon Molina [13] : a proposé un modèle numérique utilisant la méthode des éléments finis afin
d’évaluer le faciès de fissuration d’une section. La corrosion est modélisée par une combinaison de
Chapitre 01 : La corrosion
34
déformations initiales simulant l’augmentation du volume « acier + rouille » et par une modification
des propriétés élastiques de l’acier, celles-ci évoluant de l’acier sain vers la rouille.
Selon Noghabai [13] : a utilisé la méthode des éléments finis basée sur le concept de fissure
élémentaire incluse, appelée bande interne de radoucissement. Dans cette méthode, une forte
discontinuité est introduite dans l’élément fissuré par critère de résistance. Cette méthode permet
de modéliser le comportement de la fissuration transversale de sections de poutres corrodées.
Remarque
Pendant notre on a remarqué que la plupart de c’est méthodes considèrent la corrosion dans
une section transversale impliquant à l’échelle de la structure une corrosion uniforme ce qui n’est
pas le cas en réalité (il y a plusieurs forme de corrosion, comme on l’a démontré précédemment).
Ces modèles sont difficiles a réalisé sur place, par exemple, lorsque nous voulons évaluer la
capacité portante d’une structure corrodée à partir d’un diagnostic de la dégradation de la structure.
12- Mesures de corrosion
Le béton est un matériau semi-conducteur, ces propriétés électriques sont liées à la nature
essentiellement électrolytique de la circulation du courant. Ces propriétés aidées plusieurs
chercheurs de développés techniques d’investigation de la corrosion sur des ouvrages existants se
développent continuellement, à base d'utilisation des techniques électrochimique. Ces méthodes
utilisent souvent des technologies avancées.
Dans cette partie nous présentons les méthodes utilisées en laboratoire seules. Le caractère
même de la réaction de corrosion de l’acier justifie l’utilisation de principes électrochimiques pour
faire l’évaluation de son avancement. La caractérisation électrochimique de la corrosion se fait de
différentes façons, mais elle utilise les mêmes principes fondamentaux quelle que soit la méthode,
soit la mesure de potentiel ou du courant de corrosion.
12-1-Densité de courant macropile
Comme son nom l’indique, la densité de courant macropile est définie comme étant le courant
électrique exprimé en fonction de la surface étudiée lors d’une réaction caractérisée par des régions
anode/cathode séparables. Par exemple, une macropile peut se former entre deux pièces
métalliques qui baignent sans se toucher dans une solution conductrice. C’est donc la solution
conductrice qui assure le contact électrique entre le deux électrodes. Le courant ne peut pas être
mesuré directement à cause de sa trop faible intensité. Ainsi, le principe est de mesurer un potentiel
électrique entre une anode et une cathode où la résistance entre les deux est connue. Par la suite, le
courant est calculé à l’aide de la loi d’Ohm :
Courant = potentiel/résistance.
Habituellement, le courant est exprimé en densité de courant ( ), c’est-à-dire qu’il tient
compte de la surface d’exposition de l’élément qui corrode (anode). La densité de corrosion est alors
exprimée en .
12-2-Potentiel de corrosion
La mesure du potentiel de corrosion, développé depuis de nombreuses années, cette
technique est utilisée pour évaluer de façon non destructive l’état de corrosion des armatures dans
le béton. Le potentiel de corrosion ( ) peut être mesuré directement entre la barre à l’étude
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Caractérisation mécanique des éléments corrodés en béton armé cas d'un béton autoplaçant

  • 1. Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Université Mentouri Constantine faculté des sciences de l’ingénieur Département de génie civil Mémoire en vue de l’obtention du diplôme de Master en Génie Civil Option : Structures et Matériaux Thème Caractérisation mécanique des éléments corrodés en béton armé «cas d’un béton autoplaçant» Présenté par : DEMIGHA ILYES Encadreur : Dr. Lassoued R. Année Universitaire : 2010-2011 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
  • 2. Dédicace A mes chers parents Merci pour votre aide et merci pour votre Patience qui m’ont poussé vers le sucées et la réussite. Vous êtes les êtres les plus importants dans ma vie Je dédie particulièrement mes chers parents mes frères et à toute ma famille ce travail. Mr. Demigha Ilyes
  • 3. Remerciements Nous tenons à remercier Dieu Clément et Miséricordieux de nous avoir donnés la force et la volonté d’achever ce travail. Nous tenons à remercier notre encadreur Dr. R.Lassoued, notre promoteur pour l’aide qu’il a apportée à la réalisation de ce travail et pour ses précieux conseils. Je voudrais exprimer ma gratitude mon collège ‘Mouts K.’ Qui a toujours était présent lors des moments les plus difficiles. Nous tenons à remercier le Directeur du LMDC qui a financé notre projet par le biais de l’équipe du Dr Lassoued Rachid. Nous tenons à remercier la Directrice du laboratoire Hyper fréquence Département d’Electronique pour le matériel de mesures pour les essais effectués lors de ce projet. Nous tenons à remercier Pr. H.Houari, Dr. S. Bensebti, Dr. N. Djebar pour ses aides qu’il nous a données. Nos remerciements les membres du jury pour avoir accepté à expertiser ce modeste travail. Nous remercions aussi tous ceux qui nous ont aidés pendant la période d’essais. Nous tenons aussi à remercier ma famille et toute personne ayant contribué de près ou loin à l’élaboration de ce travail. Qui me fait plaisir de son idée
  • 4. Résumé Résumé : La corrosion des aciers d’armatures résultant de la pénétration des ions chlorure est un problème important qui réduit de manière significative la durée de vie des structures. Ce mémoire présente une étude de l’initiation de la corrosion sur des poutres en béton autoplaçant armé ainsi qu’une étude pour comprendre l’influence de la corrosion (perte de section et d’adhérence) sur le comportement mécanique des poutres en béton autoplaçant armé soumis à la flexion. Cette étude nous permettra d’avoir un aperçu global quant à la durabilité de ce matériau. Mots clé : Propagation de corrosion, béton autoplaçant, adhérence, comportement mécanique. Abstract: Corrosion of reinforcing steel resulting from the penetration of chloride ions is an important problem that significantly reduces the structure life. This project study the initiation of corrosion on concrete self-compacting reinforced beams and a study to understand the influence of corrosion (section loss and adhesion) on the mechanical behavior of self- compacting concrete beams armed subjected to bending. This study will allow us to have an overview about the sustainability of this material. Key words: Propagation of corrosion, concrete self-compacting, adhesion, mechanical behavior. :‫ملخص‬ ‫تآكم‬‫انتسهيح‬ ‫حذيذ‬‫ن‬ ‫وتيجت‬‫تغهغم‬‫انكهىسيذ‬ ‫أيىواث‬‫مشكهت‬‫مهم‬‫فهى‬ ,‫جذا‬ ‫ت‬‫ي‬‫قهم‬‫مه‬ ‫كثيشا‬‫حياة‬‫ان‬‫م‬‫ى‬‫ش‬‫آث‬.‫هزي‬‫انبحث‬ ‫حىل‬ ‫يتمحىس‬‫دساست‬‫عمهيت‬‫بذء‬‫تآكم‬‫حذيذ‬‫انمسهحت‬ ‫انخشساوت‬‫في‬‫انعىاسض‬‫نفهم‬‫تؤثيش‬( ‫انتآكم‬‫فقذان‬‫ا‬‫نمساحت‬‫و‬ ،)‫االنتصاق‬ ‫عهى‬‫انميكاويكي‬ ‫انسهىك‬‫انزاتي‬‫انمصىىع‬ ‫نهعىاسض‬‫ت‬‫مه‬‫انقىنبت‬ ‫راتيت‬ ‫خشساوت‬‫ان‬‫مسهح‬‫ت‬‫لل‬ ‫المعرضة‬‫ثني‬.‫و‬‫انذساست‬ ‫هزي‬‫تسمح‬ ‫نىا‬‫بؤخز‬‫عامت‬ ‫نمحت‬‫استمشاسيت‬ ‫حىل‬.‫انمىاد‬ ‫هزي‬ ‫الكلمات‬‫المفتاحية‬:‫بذء‬‫تآكم‬،‫راتيت‬ ‫خشساوت‬‫انقىنبت‬،‫االنتصاق‬‫وانسهىك‬ ،.‫انميكاويكيت‬
  • 5. Introduction générale Introduction générale : Une des causes principales de dégradation des structures en béton armé est la corrosion des armatures. La durée de vie de la structure dépend des agressions physico- chimiques de l’environnement ainsi que de la capacité des matériaux constitutifs du béton armé à se protéger contre ces agressions. La corrosion va se développer principalement selon deux processus : la carbonatation du béton qui va amener une corrosion lente et uniforme le long de l’armature, et l’attaque par les chlorures qui, lorsqu’ils se retrouvent en quantité suffisante aux abords de l’armature, génèrent des piqûres de corrosion. Les bétons autoplaçant, ces bétons sont des bétons spéciaux, très fluides, qui se mettent en place et se serrent sous le seul effet de son poids propre, donc sans apport de vibration interne ou externe, même dans les coffrages les plus ferraillés. Ces bétons représentent une porosité plus faible par rapport à celle du béton ordinaire. Les grands axes de notre travail sont les suivants : Le premier chapitre est consacré au phénomène de corrosion et précise le processus physico-chimique de développement de la corrosion, et ses conséquences sur le comportement mécanique des structures, présentation des déférentes approches utilisées dans les laboratoires pour l’accélération du processus de la corrosion et enfin la description de quelques méthodes non destructifs d’évaluation de la corrosion. Le deuxième chapitre représente des généralités sur le béton autoplaçant tel que les principaux avantages et inconvénients, l’influence des constituants sur ces propriétés, les approches de formulation et les principaux essais effectués pour la caractérisation à l’état frais. Dans le troisième chapitre nous avons présenté la méthodologie d’essai. Nous avons étudié l’influence de la corrosion sur le comportement mécanique des éléments en béton autoplaçant armé. Le programme de recherche a été divisé en trois parties. La première partie consiste d’accélérer le processus de la corrosion et étudier à la fois l'initiation et la phase de propagation de la corrosion dans les structures en béton autoplaçant armé dans l'environnement de chlorure, présenter les effets de la corrosion sur les structures en analysant les différents paramètres intervenant dans le processus, comme la perte d’adhérence, la perte de section, la perte de ductilité. La deuxième partie vise de simuler un essai de corrosion avec l’élimination de l’adhérence entre l’acier et le béton. On étudie l’influence de la position et de longueur de la partie non adhérant sur le comportement et la déformation des poutres en béton armé soumises à la flexion. La troisième partie Il s’agissait de comparer des résultats obtenus à partir de l’essai de corrosion accéléré et ceux obtenus de l’essai de corrosion simulé. Les résultats obtenus à
  • 6. Introduction générale partir de ces essais sont représenté dans le quatrième chapitre dans un ordre séquentiel de l’essai. Dans le dernier chapitre nous avons discuté les différents résultats présentés. Nous concluons avec une conclusion générale retraçant les différentes phases du mémoire. Des recommandations pour la continuité de ce travail sont présentées.
  • 7. Table des matières 1 Table des matières Résumé ................................................................................................................................................... 1 Introduction générale ............................................................................................................................. 2 Table des matières .................................................................................................................................. 1 Liste des figures....................................................................................................................................... 6 Liste des tableaux.................................................................................................................................... 9 Chapitre I : La corrosion Introduction........................................................................................................................................... 12 1- LE BÉTON ARMÉ ............................................................................................................................ 12 1-1. Le béton................................................................................................................................. 12 1-2. L'acier .................................................................................................................................... 12 2- Définition de corrosion.................................................................................................................. 12 2.1. Corrosion de l’acier dans le béton......................................................................................... 13 3- Les différents types (formes) de corrosion ................................................................................... 13 3-1- La corrosion électrochimique :.............................................................................................. 13 3-1-1. Uniforme ou généralisée :............................................................................................. 14 3-1-2. Galvanique (bimétallique) :........................................................................................... 14 3-1-3. Par piqures :................................................................................................................... 14 3-1-4. Corrosion localisée : ...................................................................................................... 15 3-1-5. Corrosion caverneuse :.................................................................................................. 15 3-1-6. Corrosion sous contrainte : ........................................................................................... 15 3-1-6.1. La corrosion sous contrainte : ................................................................................... 15 3-1-6.2. La fatigue-corrosion :................................................................................................. 16 3-1-6.3. La fragilisation par l'hydrogène :............................................................................... 16 3-1-7. La corrosion intergranulaire :........................................................................................ 16 3-1-8. La corrosion érosion :.................................................................................................... 16 3-1-9. La corrosion-frottement (tribocorrosion) : ................................................................... 16 3-2- La corrosion bactérienne :..................................................................................................... 16 3-3- La corrosion atmosphérique : ............................................................................................... 16 4- Facteurs influents sur la corrosion :.............................................................................................. 17 4-1- Courants vagabonds.............................................................................................................. 17 4-2- Pression ................................................................................................................................. 17
  • 8. Table des matières 2 4-3- L’Environnement. .................................................................................................................. 18 4-4- Dioxyde de carbone............................................................................................................... 18 4-5- Ions de chlorure..................................................................................................................... 18 4-6- Influence du béton armes sur les aciers d’armatures........................................................... 19 4-6-1. Influence de l'enrobage................................................................................................. 19 4-6-2. Influence de la composition du béton........................................................................... 19 4-6-3. Influence de la résistivité du béton............................................................................... 20 4-7- Facteurs marin :..................................................................................................................... 20 5- Les effets de la corrosion sur le comportement des structures.................................................... 21 5-1- Influence de la rouille sur la contrainte d’adhérence de l’acier et la fissuration du béton .. 21 5-2- La diminution d’adhérence entre l’acier et le béton............................................................. 22 5-3- influence de la réduction de section d’acier : ....................................................................... 22 5-4- Excentricité dus à la perte de section: .................................................................................. 23 6- Remèdes et différent traitement .................................................................................................. 24 6-1. La protection cathodique ...................................................................................................... 24 6-2. Traitements de surface.......................................................................................................... 25 6-3. Revêtements de surface........................................................................................................ 26 7- Initiation et propagation de la corrosion ...................................................................................... 26 8- Adhérence acier-béton.................................................................................................................. 28 9- Effets de la corrosion sur le comportement de structures fléchies.............................................. 29 10- Corrosion accélérée: essais ....................................................................................................... 30 10-1- Essai avec courant imposé ................................................................................................ 31 10-2- Essai par immersion-séchage et milieu chloruré............................................................... 32 10-3- Essai par l’ajout de chlorures de sodium dans le béton à l’état frais................................ 32 10-4- Essais brouillard salin ........................................................................................................ 33 11- Modélisation du comportement global des structures corrodées ........................................... 33 12- Mesures de corrosion................................................................................................................ 34 12-1- Densité de courant macropile......................................................................................... 34 12-2- Potentiel de corrosion ..................................................................................................... 34 12-3- Polarisation linéaire ........................................................................................................ 35 Conclusion : ........................................................................................................................................... 36 Chapitre II : Le béton autoplaçant Introduction........................................................................................................................................... 38
  • 9. Table des matières 3 1- Historique des bétons autoplaçant ............................................................................................... 38 2- Définition du B.A.P ........................................................................................................................ 38 3- Les avantages du B.A.P.................................................................................................................. 39 4- Les inconvénients du B.A.P............................................................................................................ 40 5- Constituants du béton................................................................................................................... 40 5-1- Le ciment : ............................................................................................................................. 40 5-2- Les granulats :........................................................................................................................ 40 5-3- Les fillers :.............................................................................................................................. 40 5-4- L’eau : .................................................................................................................................... 40 5-5- Les adjuvants......................................................................................................................... 40 6- Influence des paramètres de formulation sur les propriétés à l´état frais ................................... 41 6-1. Influence des granulats sur les propriétés des BAP: ............................................................. 41 6-2. Influence des fillers calcaires sur les paramètres rhéologiques des BAP :............................ 42 6-3. Influence des superplastifiants sur les propriétés des BAP :................................................. 42 7- Les Approches de formulation des BAP: ....................................................................................... 43 7-1. L’approche basée sur l'optimisation des mortiers :.............................................................. 44 7-2. L’approche basée sur l'optimisation du volume de pâte : .................................................... 44 7-3. L’approche basée sur l'optimisation du squelette granulaire :............................................. 45 7-4. Approche basée sur un plan d'expérience :.......................................................................... 45 7-5. L’approche basée sur l'utilisation du mortier du béton équivalent MBE : ........................... 45 8- Essais et techniques de caractérisation des BAP à l’état frais: ..................................................... 46 Conclusion ............................................................................................................................................. 47 Chapitre III : Processus expérimentale Introductions......................................................................................................................................... 48 1- Problématique............................................................................................................................... 48 2- Programme expérimental ............................................................................................................. 48 3- Méthodologie................................................................................................................................ 49 3-1- Caractéristiques des matériaux utilisés................................................................................. 50 3-2- Mélanges du BAP................................................................................................................... 50 3-3- Équipement utilisé................................................................................................................. 50 3-3.1. Fabrication des bétons .................................................................................................. 50 3-3.2. Essais de compression et de flexion.............................................................................. 51 3-4- Présentation des éprouvettes :............................................................................................. 51
  • 10. Table des matières 4 3-4.1. Dimensionnement et préparation de ferraillage des poutres ...................................... 52 3-4.2. Préparation de coffrage ................................................................................................ 54 4- Essais : ........................................................................................................................................... 57 4-1. Essai sur béton à l’état frais :................................................................................................. 57 4-1-1. Essai d’étalement : ........................................................................................................ 57 4-1-2. Essai de la boite en L ..................................................................................................... 57 4-1-3. Essai de stabilité au tamis ............................................................................................. 58 4-2. Essai sur béton a l’état durci : ............................................................................................... 58 4-2-1. Essai de résistance à la compression :........................................................................... 58 4-2-2. Essai de simulation de corrosion (CS) :.......................................................................... 59 4-2-3. Essai de corrosion accéléré : ......................................................................................... 60 4-2-4. Essai de flexion 4 points : .............................................................................................. 65 Conclusion : ........................................................................................................................................... 66 Chapitre IV : Présentation des résultats Introduction........................................................................................................................................... 67 1- Résultats théorique : ..................................................................................................................... 67 2- Résultats expérimentaux :............................................................................................................. 67 2-1. Résultats d’essais du béton à l’état frais :............................................................................. 67 2-2. Résultats des essais sur béton à l’état durci : ....................................................................... 67 2.2.1. Essai de résistance à la compression :........................................................................... 67 2.2.2. Essai de corrosion accéléré : ......................................................................................... 68 2.2.3. Essai de flexion 4 points ................................................................................................ 68 2.2.4. Faciès de fissuration des poutres : ................................................................................ 70 Conclusion ............................................................................................................................................. 74 Chapitre V : discussion et interprétation des résultats Introduction........................................................................................................................................... 75 1- Essai sur béton à l’état frais .......................................................................................................... 75 2- Influence du NaCl sur la résistance à la compression ................................................................... 76 3- L’évaluation de la corrosion et son influence sur le comportement mécanique des poutres :.... 76 3-1- L’évaluation de la corrosion (Variance du courant) .............................................................. 76 3-2- Comparaison de la corrosion voie sèche et voie humide :.................................................... 79 3-3- Propriétés mécanique ........................................................................................................... 80 3-3.1. Réduction de section :................................................................................................... 80
  • 11. Table des matières 5 3-3.2. Influence du taux de corrosion (Q) sur la limite élastique de l’acier (Fy) : ................... 81 3-3.3. Charge de rupture : ....................................................................................................... 81 3-3.4. Effort de traction Ns résistant par les armatures tendues............................................ 82 3-3.5. Effet de la corrosion sur la résistance des poutres au cisaillement .............................. 83 3-3.6. Flèches........................................................................................................................... 83 3-3.7. Facies de fissuration : .................................................................................................... 84 3-3.8. Comparaison des résultats obtenus avec les résultats des autres recherches............. 85 Conclusion ............................................................................................................................................. 87 Conclusions générales........................................................................................................................... 88 Recommandation.................................................................................................................................. 89 Référence bibliographique.................................................................................................................... 90 ANNEXE 01 : Caractéristiques des matériaux s utilisent ANNEXE 02 : Résultats théorique et des essais
  • 12. Liste des figures 6 Liste des figures Chapitre I : La corrosion Figure I- 1 : Représentation schématique du processus de corrosion de l’acier dans le béton . ......... 13 Figure I- 2 : Corrosion complète de l’âme des poutres, et corrosion par piqûre au niveau de la semelle de la poutre ............................................................................................................................. 14 Figure I- 3 : Exemple corrosion galvanique . ......................................................................................... 14 Figure I- 4: Corrosion par piqure et complète des consoles servant d’appuis aux pipes ..................... 14 Figure I- 5: Fissures horizontales, et corrosions locale des armatures mal protégées. ........................ 15 Figure I- 6: Exemple d’une corrosion Caverneuse ................................................................................ 15 Figure I- 7: Représentation schématique de fissures de CSC au microscope ....................................... 15 Figure I- 8 : Exemple d’une corrosion bactérienne . ............................................................................ 16 Figure I- 9 : Exemple d’une corrosion atmosphérique ......................................................................... 17 Figure I- 10: Représentation schématique du processus des courants vagabonds . ............................ 17 Figure I- 11: Démonstration d’effet de contrainte ............................................................................... 17 Figure I- 12: Attaque de l’acier par les ions de chlorure . ..................................................................... 19 Figure I- 13 : Conditions d'exposition en environnement marin ......................................................... 19 Figure I- 14 : Processus cathodique de réduction de l’oxygène dissous .............................................. 21 Figure I- 15 : Illustration de l’influence de la rouille ............................................................................. 21 Figure I- 16 : illustration de la perte d’adhérence ................................................................................ 22 Figure I- 17 : L’évolution de la déformation plastique à rupture en fonction du taux de corrosion .... 22 Figure I- 18: Influence de la corrosion sur le comportement de l’acier (pour une barre de 6 mm) en fonction du taux de corrosion . ............................................................................................................. 22 Figure I- 19 : Exemple d’une charge de compression appliqué sur un poteau en BA avec un acier sein et un acier corrodé plus une dégradation du béton. ............................................................................ 23 Figure I- 20: Mécanisme de propagation de la corrosion. .................................................................... 24 Figure I- 21: Période d'initiation et de propagation de la corrosion dans les structures de béton armé ............................................................................................................................................................... 27 Figure I- 22: Mécanismes d’adhérences acier-béton . .......................................................................... 28 Figure I- 23 : Représentation schématique de la variation de l’adhérence maximale avec la corrosion. ............................................................................................................................................................... 29 Figure I- 24: Effets de la corrosion sur le comportement mécanique de structures corrodées . ........... 30 Figure I- 25 : Exemple de montage de corrosion accélérée par courant imposé ................................. 31 Figure I- 26: brouillard salin – essai....................................................................................................... 33 Figure I- 27 : Schéma de connexion pour les mesures de potentiel de corrosion . .............................. 35 Figure I- 28 : Exemple de courbe typique de polarisation linéaire ....................................................... 36 Figure I- 29: Exemple de calcul de la résistance de polarisation .......................................................... 36 Chapitre II : Le béton autoplaçant Figure II- 1 : (a) Composition d'un béton ordinaire (BO) et d'un BAP………………………………….39 Figure II- 2: Action des superplastifiants- Défloculation des grains de ciment .................................... 43 Figure II- 3: Notion d'excès de pâte : .................................................................................................... 44 Figure II- 4 : Essai de la boite en L. ........................................................................................................ 46 Figure II- 5: Essai de stabilité au tamis . ................................................................................................ 47
  • 13. Liste des figures 7 Chapitre III : Processus expérimentale Figure III- 1 : Malaxeur à mouvement circulaire. .................................................................................. 51 Figure III- 2 : machine des essais de compression et de flexion. .......................................................... 51 Figure III- 3 : Représentation du ferraillage des armatures longitudinal. ............................................. 52 Figure III- 4 : Représentation du ferraillage des armatures transversales............................................ 52 Figure III- 5 : Préparation des gaines de plastique. ............................................................................... 53 Figure III- 6 : Schéma de ferraillage des poutres type A, Type CA1 et Type CA2 .................................. 53 Figure III- 7 : Représentation du ferraillage des poutres. ..................................................................... 53 Figure III- 8 : Schéma de ferraillage des poutres CS type B.................................................................. 54 Figure III- 9 : Schéma de ferraillage des poutres CS type C.................................................................. 54 Figure III- 10 : Schéma de ferraillage des poutres CS type D................................................................ 54 Figure III- 11 : Coffrage utilisé pour le coulage des poutres.................................................................. 55 Figure III- 12 : Eprouvette cylindrique après 24H du coulage............................................................... 55 Figure III- 13 : Procédé de coulage du BAP 1......................................................................................... 56 Figure III- 14 : Procédé de coulage du BAP 2......................................................................................... 56 Figure III- 15 : Essai d’étalement au cône d’Abrams. ............................................................................ 57 Figure III- 16 : Essai de la boite en L. ..................................................................................................... 58 Figure III- 17 : Essai de stabilité au tamis. ............................................................................................. 58 Figure III- 18 : Représentation de l’essai de compression..................................................................... 59 Figure III- 19: Schéma de répartition de l’annulation d’adhérence le long des armatures tendues (CS Type B)................................................................................................................................................... 60 Figure III- 20 : Schéma de répartition de l’annulation d’adhérence le long des armatures tendues (CS Type C)................................................................................................................................................... 60 Figure III- 21 : Schéma de répartition de l’annulation d’adhérence le long des armatures tendues (CS Type D). ................................................................................................................................................. 60 Figure III- 22 : Fixation des fils électriques aux armatures de traction. ................................................ 61 Figure III- 23 : trempages des armatures inferieur dans l’acide sulfurique. ......................................... 62 Figure III- 24 : Disposition des poutres de béton afin de former un bassin rectangulaire étanche...... 62 Figure III- 25 : Application de la silicone sur le béton. .......................................................................... 63 Figure III- 26 : Application de bande de polystyrène tout le tour du bassin......................................... 63 Figure III- 27 : fixation des fils électriques aux bornes des résistances................................................. 64 Figure III- 28 : installation électrique pour mesurer le courant. ........................................................... 64 Figure III- 29 : Schéma d’installation électrique utilisé. ........................................................................ 64 Figure III- 30 : Bassin terminé................................................................................................................ 65 Figure III- 31 : schéma de dispositif destiné l’essai de flexion 4 point.................................................. 66 Figure III- 32 : Essai de flexion 4 point................................................................................................... 66 Figure III- 33 : pied à coulisse utilisé pour les mesures......................................................................... 66 Chapitre IV : Présentation des résultats Figure IV- 1 : Diagramme des valeurs de courant mesure de la poutre 3............................................ 68 Figure IV- 2 : Facies de fissuration de la poutre N° 1 de type CA1....................................................... 71 Figure IV- 3 : Facies de fissuration de la poutre N° 3 de type A. .......................................................... 72 Figure IV- 4 : Facies de fissuration de la poutre N° 1 de type CSB. ...................................................... 72 Figure IV- 5 : Facies de fissuration de la poutre N° 1 de type CSB. ...................................................... 73 Figure IV- 6 Facies de fissuration de la poutre N° 4 de type CSD. ...................................................... 73
  • 14. Liste des figures 8 Chapitre V : discussion et interprétation des résultats Figure V- 1 : Représentation des différents résultats obtenus à partir des essais à l’état frais mesurés pour les deux mélanges du béton......................................................................................................... 75 Figure V- 2 : Résultats de résistance à la compression des différents mélanges du béton. ................. 76 Figure V- 3 : Diagramme des valeurs de courant mesure de la poutre 3.............................................. 76 Figure V- 4 : Profil de la teneur en chlorure [ ] dans un béton dans un béton dans l'atmosphère sous humidité relative constante.................................................................................................................. 77 Figure V- 5 : représentation schématique de processus de diffusion des agents agressif dans le béton au début de l’essai................................................................................................................................. 77 Figure V- 6 : Représentation schématique des différentes phases de la corrosion des armatures. .... 79 Figure V- 7 : Représentation de la corrosion des armatures dans les poutres de CA1......................... 79 Figure V- 8 : Présentation du taux de corrosion dans les armatures inferieures et les armatures supérieures............................................................................................................................................ 80 Figure V- 9 : Section d’armatures des déférentes poutres de type CA1............................................... 81 Figure V- 10 : Les valeurs moyennes des charges de ruptures de chaque type de poutre des essais.. 82 Figure V- 11 : Effort de traction résistant par les armatures tendu de chaque type de poutre des essais. .................................................................................................................................................... 83 Figure V- 12 : Facies de fissuration de la poutre N° 2 de type CA1....................................................... 83 Figure V- 13 : Valeur moyenne de la flèche obtenue de l’essai de flexion. .......................................... 84 Figure V- 14 : Résultats de résistance en compression des déférents types de béton......................... 85 Figure V- 15 : Diagramme des valeurs de courant de corrosion........................................................... 86 Figure V- 16 : corrosion des barres d’armature d’un béton ordinaire durant une période de 28 jours. ............................................................................................................................................................... 86 Figure V- 17 : Corrosion des barres d’armature d’un béton autoplaçant durant une période de 28 jours....................................................................................................................................................... 86
  • 15. Liste des tableaux 9 Liste des tableaux Chapitre I : La corrosion Tableau I- 1 : Probabilité de corrosion en fonction de la valeur de la résistivité [8]. ........................... 20 Tableau I- 2: interprétation de potentiel de corrosion (électrode ) selon la norme ASTM C876-91. ................................................................................................................................................ 35 Chapitre III : Processus expérimentale Tableau III- 1 : programme expérimentale……………………………………………………………………...………………49 Tableau III- 2: dosage des constituants des différents mélanges du BAP………………………………………….50 Chapitre IV : Présentation des résultats Tableau IV- 1 : Résultats théorique. ..................................................................................................... 67 Tableau IV- 2 : Résultats des essais de caractérisation des bétons à l’état frais................................. 67 Tableau IV- 3 : Résultat de l’essai de Résistance en compression des 2 mélanges de béton.............. 67 Tableau IV- 4: Paramètres mécaniques et géométriques obtenus pour les poutres de type CA1. ..... 69 Tableau IV- 5 : Paramètres mécaniques obtenus pour les poutres de type CA2................................. 69 Tableau IV- 6: Paramètres mécaniques obtenus pour les poutres de type A...................................... 69 Tableau IV- 7 : Paramètres mécaniques obtenus pour les poutres CS de type B. ............................... 70 Tableau IV- 8: Paramètres mécaniques obtenus pour les poutres CS de type C. ................................ 70 Tableau IV- 9 : Paramètres mécaniques obtenus pour les poutres CS de type D................................ 70 Tableau IV- 10 : Dimensions de chaque fissure de facies de fissuration de la poutre N° 1 de type CA1. ............................................................................................................................................................... 71 Tableau IV- 11 : Dimensions de chaque fissure de facies de fissuration de la poutre N° 3 de type A. 72 Tableau IV- 12 : Facies de fissuration de la poutre N° 1 de type CSB................................................... 72 Tableau IV- 13 : Facies de fissuration de la poutre N° 1 de type CSC................................................... 73 Tableau IV- 14 : Facies de fissuration de la poutre N° 4 de type CSD. ................................................ 73
  • 16. Chapitre 01 : La corrosion 12 Introduction La durée de vie d’un ouvrage peut se définir par le temps durant lequel l’utilisation de l’ouvrage se fait en toute sécurité. Cette durée de vie est influencée par de nombreux paramètres tels que la durabilité des matériaux, la durabilité des assemblages de plusieurs matériaux, l’évolution de l’environnement, et pour ce qui nous intéresse ici, le cumul des dégradations. La dégradation des ouvrages en béton armée est la conséquence de multiples mécanismes, par exemple les cycles gel /dégel, l’attaque des sulfates, et enfin la corrosion des armatures qui est une cause majeure des dégradations d’ouvrage. 1- LE BÉTON ARMÉ Le béton armé est l'association de deux matériaux, béton et acier ayant le même taux de dilatation, basé sur leur possibilité d'adhérence. Les aciers résistent aux efforts de traction extension, tandis que le béton, à la compression. Cette association permet de limiter les déformations des ouvrages, à la condition que le béton adhère parfaitement aux ferraillages [28]. 1-1.Le béton Le béton est l'un des principaux matériaux de construction. Le béton est le matériau obtenu en solidarisant, par une pâte liante de ciment, un squelette composé d'un ou plusieurs sables, et d'un ou plusieurs graviers qui constituent un ensemble homogène. Comme le liant a des propriétés hydrauliques, ces bétons sont aussi appelés bétons hydrauliques. Lorsqu'il entre, dans la composition de la pâte liante, des doses importantes de super plastifiants, on appelle ces bétons, bétons hautes performances, car la réduction d'eau permise par le super plastifiant contribue à l'obtention de résistances élevée et parce que l'ensemble des qualités du béton s'en trouvent améliorées [28]. 1-2.L'acier Le béton est résistant à la compression mais possède une faible résistance à la traction. C'est pourquoi, pour lui conférer une bonne résistance à la traction, on dispose dans les parties tendues des armatures (barres ou treillis) généralement en acier dont les formes utilisées les plus courantes sont des aciers lisses, des aciers à haute adhérence, ou des treillis soudés fils lisses. L'adhérence entre l'acier et le béton est nécessaire. Celle-ci est fonction de la forme des armatures, de leur sur- face (les nervures améliorent l'adhérence), de la rugosité de l'acier et de la résistance du béton. La quantité d'armatures et leur disposition, dictées par la répartition des contraintes, résultent de calculs qui font appel aux lois de comportement des matériaux [8]. 2- Définition de corrosion La corrosion désigne l’interaction physico-chimique (en ce sens qu’elle met en jeu des réactions entre des ions et des électrons) entre un métal et son milieu environnant entrainant des modifications dans les propriétés du métal et souvent une dégradation fonctionnelle du métal lui- même, ou de son environnement. Donc la corrosion représente tout processus de dégradation des matériaux métalliques, ou de leurs propriétés mécaniques, par suite d’une réaction avec le milieu environnant qui peut être le sol, l'atmosphère, l'eau …ETC. *1+.
  • 17. Chapitre 01 : La corrosion 13 2.1. Corrosion de l’acier dans le béton Le béton, du fait de sa forte alcalinité, Cette alcalinité dus à l'hydratation du ciment qui a produit une solution interstitielle basique de pH élevé (Dans le béton, le pH est de l’ordre de 13), apporte aux armatures une excellente protection face à la corrosion. Dans ces conditions de pH, l’acier est protégé grâce à la formation d’un film extrêmement mince (1à 2 nanomètres) et adhérent, nommé film passif [13]. Sous présence d’eau et d’oxygène, ce film est détruit par différents agents. Le métal est alors dépassivés et la corrosion devient possible avec formation de nouveaux oxydes, dont le volume au moins deux fois supérieur à celui du fer initial entrainera des fissurations du béton qui accélérant le processus de corrosion (voir figure I-1) [1]. La corrosion des armatures est issue d’un processus électrochimique. En effet pour qu’un acier se corrode, il doit y avoir simultanément:  Un électrolyte ayant une conductivité ionique non négligeable,  Une quantité suffisante d’oxygène accédant à la zone cathodique,  La présence d’agents agressifs,  les contraintes imposées ainsi que les variations d’humidité Figure I- 1 : Représentation schématique du processus de corrosion de l’acier dans le béton [7]. • Réactions anodiques : • Réaction cathodique : 3- Les différents types (formes) de corrosion Il existe différents types de corrosion : 3-1- La corrosion électrochimique : La corrosion des armatures est le plus souvent une réaction électrochimique. Celle-ci peut se présenter sous plusieurs formes :
  • 18. Chapitre 01 : La corrosion 14 3-1-1. Uniforme ou généralisée : Cette forme de corrosion est la plus courante. Elle résulte de l’exposition de l’acier au milieu acide provoquée par la présence d’agents agressifs. La perte de matière se produit de manière uniforme sur toute la surface d’une armature (voir figure I-2) [5, 6]. Figure I- 2 : Corrosion complète de l’âme des poutres, et corrosion par piqûre au niveau de la semelle de la poutre [6]. 3-1-2. Galvanique (bimétallique) : Formation d’une pile électrochimique entre deux métaux de potentiels de corrosion différents Le métal ayant le potentiel le plus négatif subit une corrosion accélérée provoquée par l’autre métal (voir figure I-3) [5,6]. Figure I- 3 : Exemple corrosion galvanique [19]. 3-1-3. Par piqures : Elle se caractérise par une attaque très localisée d'où son nom de "piqûre" et est généralement associée à une rupture locale du film passif se produit souvent en présence de chlorures ou lorsque la passivation des armatures est incomplète (voir figure I-4) [5, 6]. Figure I- 4: Corrosion par piqure et complète des consoles servant d’appuis aux pipes *6+.
  • 19. Chapitre 01 : La corrosion 15 3-1-4. Corrosion localisée : Si les zones anodiques sont petites et se trouvent en des endroits fixes, il apparaît de petites cuvettes ou piqûres de corrosion. Mais ceci ne concerne pas les aciers places dans les bétons (voir figure I-5) [5, 6]. 3-1-5. Corrosion caverneuse : Est due à une différence d'accessibilité de l'oxygène entre deux parties d'une structure, créant ainsi une pile électrochimique (voir figure I-6) [5, 6]. Figure I- 6: Exemple d’une corrosion Caverneuse *19+. 3-1-6. Corrosion sous contrainte : Une fissuration du métal qui résulte de l'action commune d'une contrainte mécanique et d'une réaction électrochimique [5, 6]. La corrosion par fissuration des matériaux sous l'action conjuguée d'une sollicitation mécanique et de l'environnement regroupe les phénomènes suivants : 3-1-6.1. La corrosion sous contrainte : La corrosion sous contrainte résulte de l'action conjuguée d'une contrainte mécanique (résiduelle ou appliquée) voir figure I-7 [5, 6]. Figure I- 7: Représentation schématique de fissures de CSC au microscope [6]. Figure I- 5: Fissures horizontales, et corrosions locale des armatures mal protégées. (Front de mer Jijel)
  • 20. Chapitre 01 : La corrosion 16 3-1-6.2. La fatigue-corrosion : Ce phénomène apparaît sous l'action conjuguée de l'environnement et d'une sollicitation cyclique. Elle se manifeste par un abaissement de la résistance du matériau à la fatigue [5, 6]. 3-1-6.3. La fragilisation par l'hydrogène : Ce phénomène provient de la capacité de l'hydrogène à diffuser dans les métaux en modifiant les propriétés [5, 6]. 3-1-7. La corrosion intergranulaire : Ce type de corrosion peut être dû, soit à la présence d’impuretés dans le joint, soit à l’enrichissement (ou à l’appauvrissement) local en l’un des constituants. Ce type de corrosion est particulièrement dangereux car il affaiblit la cohésion du matériau qui se désagrège et perd toutes ses propriétés mécaniques [5, 6]. 3-1-8. La corrosion érosion : Cette corrosion est produite par le mouvement relatif d’un fluide corrosif et d’une surface métallique. Les phénomènes de turbulence peuvent détruire les films protecteurs et développe des vitesses de corrosion très élevées sur des matériaux par ailleurs très résistants en conditions statiques [7]. 3-1-9. La corrosion-frottement (tribocorrosion) : Elle se produit essentiellement lorsque l’interface est soumise à des vibrations et à des charges de compression. Ce mouvement relatif peut être très faible («petits débattements» de l’ordre de quelques micromètres) [7]. 3-2- La corrosion bactérienne : Les micro-organismes ne corrodent pas en eux-mêmes mais ils modifient leur environnement par des prélèvements et des rejets associés à leur métabolisme (voir figure I-8). La corrosion bactérienne est donc de nature électrochimique, comme les autres, avec la diversité et la complexité potentielle des milieux corrosifs. Les principales façons de lutter contre la corrosion bactérienne consistent à empêcher les bactéries d’agir sur le milieu ou à les supprimer. Le traitement antibactérien fait appel à des produits toxiques bactéricides ou bactériostatiques selon que l’on travaille en circuit ouvert ou fermé *7+. Figure I- 8 : Exemple d’une corrosion bactérienne [19]. 3-3- La corrosion atmosphérique : On désigne par corrosion atmosphérique l’interaction entre le milieu atmosphérique naturel et un matériau métallique exposé à cet environnement (voir figure I-9). Les matériaux les plus concernés sont l’acier, le zinc, le cuivre et l’aluminium qui sont largement utilisés dans le bâtiment. Les vapeurs acides dégagées en milieux confinés par les bois (vapeur acétique) ou certaines matières plastiques (vapeurs chlorées) peuvent également conduire à des attaques sévères des métaux [7].
  • 21. Chapitre 01 : La corrosion 17 Figure I- 9 : Exemple d’une corrosion atmosphérique *19+. 4- Facteurs influents sur la corrosion : 4-1- Courants vagabonds La dissolution (phénomène essentiel de la corrosion) d’un métal correspond à la présence d’un champ électrique au niveau de son interface avec le milieu aqueux environnant. Si un autre champ électrique vient s’ajouter à ce premier champ, cette dissolution est accélérée. En pratique une telle perturbation est produite par des courants électriques continus qui circulent au voisinage et à l’intérieur du métal, de sorte qu’il peut sortir de celui-ci (voir figure I-10). Dans la plus part de ces cas, ces courants ont des trajets mal connus ; ils sont dits vagabondes [8]. Figure I- 10: Représentation schématique du processus des courants vagabonds [19]. 4-2- Pression Une pression provoque une contrainte qui va engendrer l’ouverture des fissures dans la micro structure du béton, ces fissures se développe petit à petit jusqu’à la surface du béton, ces fissures vont permettre l’immigration d’humidité, comme il est indiqué dans la figure suivante: Figure I- 11: Démonstration d’effet de contrainte *9+.
  • 22. Chapitre 01 : La corrosion 18 4-3- L’Environnement. Les principaux facteurs d’environnement qui peuvent causer la corrosion sont : 4-3-1. La température : Les réactions chimiques ou électrochimiques sont accélérées lorsque la température s’élève. Par ailleurs, une élévation de température augmente la solubilité des gaz (oxygène, etc.) et des sels dans l’eau. En ce qui concerne l’oxygène, une corrosion où intervient la réaction, est ainsi accélérée par une élévation de température. Cet effet est réversible [10]. 4-3-2. Influence de l'humidité : L’effet du taux d'humidité, ou degré de saturation en eau, dans le béton est important car la vitesse de corrosion dépend fortement de ce taux, celui-ci influençant directement la conductivité, la résistivité électrique et la diffusion de l'oxygène. -La pollution par l'anhydride sulfureux et les chlorures et le temps durant lequel les métaux restent mouillés. -La corrosion des armatures métalliques dans le béton a également été attribuée au chlorure de calcium qu'on ajoute aux bétons coulés en hiver. -La pollution peut également jouer un rôle important ; notamment, les rejets de dioxyde de soufre génèrent des pluies acides, qui peuvent attaquer les objets [8]. 4-3-3. Composition chimique (Composition du liquide enivrement) Le milieu liquide qui entoure un métal influe fortement sur les propriétés du produit de corrosion. Ainsi, si le milieu est très acide. La réaction 1 n’a pas lieu : aucun recouvrement ne se forme sur le métal : ……………………. *Réaction 1] [6] 4-4-Dioxyde de carbone La stabilité du film passif est étroitement liée à la valeur du pH au voisinage de l’acier. Or lorsque le pH devient inférieur à 12 environ, le film disparait. Tous les mécanismes qui peuvent provoquer une diminution du pH dans le béton peuvent donc contribuer à amorcer ou accélérer la corrosion des aciers d’armature. Dans la grande majorité des cas, c’est le phénomène de carbonatation qui est principalement responsable de l’abaissement du pH dans le béton *10+. La carbonatation est engendrée par réaction entre le dioxyde de carbone de l’air et certains constituants du béton. Le dioxyde de carbone gazeux pénètre par diffusion dans le réseau poreux du béton et réagit avec la portlandite Ca(OH) 2 pour de la calcite CaCO3, ce qui provoque un abaissement du pH à 9 environ, selon la réaction 2 suivante en milieu aqueux : …………………………. *Réaction 2] [11]. 4-5-Ions de chlorure Les ions chlorures vont se propager dans le réseau poreux du béton d’enrobage véhiculés par l’eau. S’ils atteignent les armatures en quantité suffisante, appelée concentration critique, les aciers vont alors être dépassivés et la corrosion va débuter en présence de dioxygène puis se propager [3]. Les chlorures ayant atteint l’armature attaquent l’acier, initialement passivé, en certains points localisés (La destruction locale du film passif et l’initiation d’une corrosion localisée). Le film passif est alors détruit localement et laisse apparaitre des zones anodiques ou l’acier est dissout. Le reste de la surface qui est encore passivée correspond aux zones cathodiques. La surface des zones cathodiques étant bien plus importante que celle des zones anodiques. La surface des zones croit en profondeur plutôt qu’en surface de l’acier, formant ainsi des piqures ou de cavernes. Le mécanisme de ce type de corrosion est complexe car la composition de la solution à l’intérieur de la piqure est modifiée par rapport à celle de la solution interstitielle qui l’entoure *3+.
  • 23. Chapitre 01 : La corrosion 19 Ces réactions (réaction 3 et 4) acidifient la solution dans la piqure, abaissant fortement le pH entre 3,8 et 5. Les ions chlorure régénérés continuent d’être actifs pendant tout le processus de corrosion qui est ainsi autocatalyse [3], comme il est indiqué dans la figure suivante: …………………….. [Réaction 3] [3]. ……………………... [Réaction 4] [3]. Les ions hydroxyde de la phase interstitielle du béton se combinent alors aves les ions ferreux Fe2+ ayant diffusé hors de la piqure tandis que la réaction cathodique est la même que dans le cas de corrosion en absence de chlorure. Tant que la solution à l’intérieur de la pique est acide, la dissolution de l’acier reste active et les piqures croissent en profondeur. Les conditions d'exposition de la structure sont des éléments prépondérants dans le mécanisme de dégradation. Suivant le type d'exposition, différents mécanismes de transports des ions chlorures sont considérés. En environnement marin par exemple, on distingue les zones submergées, pour lesquelles le béton est saturé ce qui conduit à un transport des chlorures uniquement par diffusion (voir figure I-13), de celles où le transport se fait par diffusion et convection lorsque le béton n'est que partiellement saturé (zone de marnage par exemple) [12, 8]. 4-6- Influence du béton armes sur les aciers d’armatures 4-6-1. Influence de l'enrobage L'épaisseur de l'enrobage en béton détermine le temps que vont mettre les espèces agressives pour arriver à l'armature [8]. 4-6-2. Influence de la composition du béton Tout ce qui conditionne la solution interstitielle et la porosité du béton est un facteur pouvant affecter ou non la corrosion. Le type et la teneur en liant, les additions minérales et le rapport E/C (Eau/ciment) déterminent la performance d'un béton. Le choix de la formulation du béton et de la Figure I- 12: Attaque de l’acier par les ions de chlorure *8+. Figure I- 13 : Conditions d'exposition en environnement marin [12]
  • 24. Chapitre 01 : La corrosion 20 nature de ses principaux constituants constitue une approche pour augmenter la résistance à la corrosion du béton. Toutes modifications de la formulation d'un béton produisant une augmentation de sa compacité ou une réduction de sa perméabilité ont généralement un effet favorable sur la résistance à la corrosion. Le rapport E/C a une très grande influence sur la porosité du béton : plus il est important, plus la porosité est grande, facilitant ainsi la pénétration des espèces agressives puis la corrosion de l'acier. L'influence du rapport E/C est bien plus importante que le type de liant utilisé [8]. 4-6-3. Influence de la résistivité du béton La résistivité électrique affecte de manière significative la corrosion des armatures puisqu'il existe une relation entre la corrosivité et la résistivité du béton. La résistivité du béton est fonction de la composition de la solution interstitielle, de la microstructure du béton (taille et distribution des pores), de l'humidité et de la teneur en sels ainsi que de la température. La valeur de la résistivité du béton se situe le plus souvent entre 103 et 107 ohm/centimètres [8]. Résistivité du béton (RVL. cm) Probabilité de corrosion < 5 Corrosion quasi-certaine 5 - 12 Corrosion probable > 12 Corrosion improbable Tableau I- 1 : Probabilité de corrosion en fonction de la valeur de la résistivité [8]. 4-7- Facteurs marin : Les produits de corrosion qu’on peut rencontrer en contact avec de l’eau de mer sont les carbonates, sulfures, oxydes…etc. Le dioxyde de carbone (CO2) est un gaz corrosif pour l’acier au carbone et les aciers faiblement alliés. Le produit de corrosion est le carbonate de fer, mais comme l’eau de mer contient moins de 1 ppm (Partie par million) de CO2 dissous, la corrosion due au CO2 est négligeable. L’eau de mer ne contient pas d’hydrogène sulfuré. Celui-ci est produit par les bactéries sulfato- réductrices. C’est également un agent corrosif. Le produit de corrosion est le sulfure de fer qui forme généralement une couche adhérente et de faible épaisseur. La réaction de l’oxygène dissous avec l’acier au carbone conduit à la formation des oxydes et/ou d’hydroxydes de fer *2+. 4-7-1. Salinité L’eau de mer est un milieu complexe du point de vue chimique et biologique. Son pH est relativement uniforme (environ 8,2). Ses constituants se caractérisent par une forte salinité, d’où une conductivité élevée, ce qui favorise les couples galvaniques ainsi que les attaques localisé car la résistance de l’électrolyte ne joue plus qu’un rôle mineur dans le contrôle des courants de corrosion. Par ailleurs les chlorures sont présent dans l’eau de mer, et on a déjà vue ces effets précédâmes *2+. 4-7-2. Oxygène L’oxygène est le facteur important de la corrosion. En eau de mer, la réaction cathodique est le plus souvent la réduction de l’oxygène dissous donnant des ions OH : L’augmentation de la concentration en oxygène favorise cette réaction et peut conduire à une augmentation de la corrosion par dépolarisation cathodique. De plus, les variations de la concentration en oxygène à la surface d’un même matériau sont à l’origine de la corrosion par aération différentielle : les surfaces ayant la concentration en oxygène la plus faible subissent une corrosion accélérée en devenant anodes, alors que la réduction de l’oxygène a lieu sur les surfaces
  • 25. Chapitre 01 : La corrosion 21 ou la concentration est la plus forte. Si l’oxygène favorise la formation des films passifs des matériaux passivables, par contre la présence de chlorures rend ces films imparfaits. Il en résulte une augmentation des risques de corrosion par piqures avec la teneur en oxygène [2]. Figure I- 14 : Processus cathodique de réduction de l’oxygène dissous *2+. 4-7-3. Les bactéries Les bactéries sont susceptibles d’intervenir de deux façons principales dans les mécanismes de la corrosion par piqures : en modifiant les conditions locales d’aération ou en créant des produits de métabolisme ayant un caractère agressif. Si l’on prend les bactéries sulfato-réductrices anaérobies, elles se nourrissent de lactates pour les transformer en polysaccharides qui sont de longues chaines organiques ; Sous ce biofilm, le milieu confiné et désaéré, et des acidifications locales sont possibles. De plus, ces bactéries tirent leur énergie de la transformation des sulfates en sulfures qui peuvent agir pour débuter la corrosion par piqure. Le développement d’une colonie de ces bactéries provocant une telle corrosion demande plusieurs semaines pendant lesquelles le potentiel de germination de piqure a apparemment tendance à augmenter à cause du rôle des OH- de l’eau et de la présence d’un film supplémentaire de polysaccharides *2+. 5- Les effets de la corrosion sur le comportement des structures. 5-1-Influence de la rouille sur la contrainte d’adhérence de l’acier et la fissuration du béton : Lorsque les armatures du béton armé se corrodent, une couche de rouille va occuper un volume deux à trois fois supérieur à celui du métal sain (dans certaine recherche sept fois), cette couche à deux inconvénients : L’augmentation des fissures du béton d’enrobage (qui vont favoriser l’acheminement des agents agressifs jusqu’à l’armature), l’augmentation des fissures a une influence sur l’aspect d’exploitation de la structure (pénétration d’eau de pluie ou de mer à l’intérieur de la structure) *13+. Figure I- 15 : Illustration de l’influence de la rouille *14+
  • 26. Chapitre 01 : La corrosion 22 5-2- La diminution d’adhérence entre l’acier et le béton Un autre dommage à prendre en compte pour évaluer la durée de vie d’un ouvrage attaqué par la corrosion est la perte d’adhérence (voir figure I-16). On peut également l’exprimer en fonction du temps. Des expressions empiriques peuvent être établies, qui nécessite d’autres paramètres, déterminés soit à l’aide d’essais non destructifs soit à l’aide de tableaux empiriques. Cette perte d’adhérence sera comparée à une valeur seuil *13+. 5-3-influence de la réduction de section d’acier : La réduction de section se traduit par une diminution du diamètre pour les barres ou par une diminution d’épaisseur pour les tôles [15]: Lorsque le taux de corrosion augmente, la déformation plastique à rupture se réduit, comme il est indiqué sur la figure I-17 : Selon la figure I-18, dès que le pourcentage de la perte de masse augmente la perte de ductilité augmente. Figure I- 18: Influence de la corrosion sur le comportement de l’acier (pour une barre de 6 mm) en fonction du taux de corrosion [15]. Figure I- 16 : illustration de la perte d’adhérence *19+. Figure I- 17 : L’évolution de la déformation plastique à rupture en fonction du taux de corrosion [15].
  • 27. Chapitre 01 : La corrosion 23 La réduction de section de l’acier et du béton due à la rouille va causer une diminution de la résistance de la pièce ou de la structure entière. Pour évaluer la résistance d’un élément corrodé ou d’une structure entière, il faut refaire les calculs en prenant compte la réduction de section de l’acier et du béton, car en négligeant cette perte section la structure ou l’élément ne pourra pas supporter la charge et les surcharges qu’il y été conçus pour supporter [15]. 5-4-Excentricité dus à la perte de section: Lors de la perte de section d’acier ou du béton dus par la corrosion une excentricité se forme au niveau de la section, cette excentricité provoque un moment de plus (voir figure I-19). Figure I- 19 : Exemple d’une charge de compression appliqué sur un poteau en BA avec un acier sein et un acier corrodé plus une dégradation du béton. L’organigramme figure I-20 présente le mécanisme de propagation de la corrosion de l’acier dans le béton, ainsi que les différents paramètres qui influent la corrosion.
  • 28. Chapitre 01 : La corrosion 24 Figure I- 20: Mécanisme de propagation de la corrosion [13]. 6- Remèdes et différent traitement Les techniques de prévention de la corrosion sont diverses : le dimensionnement de l'acier, la protection par peinture ou autre revêtement de surface ou la protection cathodique. Le choix de l'une ou de plusieurs de ces techniques dépend de divers paramètres comme l'agressivité du milieu ambiant, la durée de protection envisagée, les possibilités de mise en œuvre et d'entretien et le coût. Une optimisation technico-économique est à faire entre ces différents facteurs. 6-1. La protection cathodique La protection cathodique des armatures métalliques dans un béton est un traitement appliqué de façon permanente qui permet de ralentir, voire d’arrêter leur corrosion. Elle consiste à abaisser le potentiel électrochimique de l’armature jusqu’à une valeur seuil appelée potentiel de protection qui est telle que la vitesse de corrosion de l’acier devient négligeable. Le principe de la protection cathodique consiste à polariser l’armature dans le béton, à l’aide d’une anode placée de façon permanente sur le parement ou parfois dans l’enrobage. Le courant de polarisation, qui circule de l’anode vers l’armature, se situe entre 2 et 50 mA par mètre-carré de surface d’armature. Il existe deux techniques de protection cathodique : • par courant imposé : un générateur électrique est placé entre l’anode et l’armature, • par anode sacrificielle (courant galvanique) :l’anode, en alliage correctement sélectionné, est directement reliée à l’armature, elle se fait avec l’aide d’un plongeur professionnel qui nettoie la Condition d’exposition : température, pression, humidité. Embrun marins Sels de déveglaçage E/C élevé Porosité élevé fc28 faible Carbonatation du béton enrobage Attaque par les chlorures libres BETON CORROSION Fissuration du béton d’enrobage Diffusion du Co2
  • 29. Chapitre 01 : La corrosion 25 surface du pieu, ensuite Il vient souder la fixation du bas, en suite on fait descendre l’anode. Il suffit de faire coulisser l’embout dans la fixation, on soude la fixation du haut. Les anodes sont entretenues tous les 10 à 20 ans selon leur exposition [17]. 6-2. Traitements de surface 6-2-1. Protection des armatures La protection des armatures consiste à appliquer sur toute la surface de celles qui sont dégagées (périphérie complète), un produit assurant une protection vis-à-vis de la corrosion. Ce traitement n’est réellement nécessaire que si, pour des raisons techniques ou esthétiques. On devra également s'assurer de la compatibilité avec les traitements ultérieurs (électriques notamment). Cette application doit suivre immédiatement le décapage, car l’oxydation des armatures risque de s’amorcer et de compromettre la bonne tenue de la réparation [17]. 6-2-2. Imprégnations D’une façon générale, les produits appliqués par imprégnation sont des consolidant ou des hydrofuges. Ils se distinguent par leur fonction principale :  un produit consolidant confère à une zone peu profonde altérée, une cohésion identique à celle du même matériau d’origine. Il ne s'agit donc pas d’une consolidation structurale à l’échelle d’un ouvrage.  un hydrofuge constitue une barrière interne au matériau, vis-à-vis de la pénétration de l'eau liquide, sans trop affecter la perméabilité à la vapeur d'eau. Un hydrofuge est dit de surface, lorsqu’il est appliqué sur le béton durci [17]. Domaine et limites d’emploi Une hydrofugation se justifie, si le béton subit une altération liée à un contact avec de l’eau liquide provenant de l’atmosphère (et non pas du sol ou d’une fuite d’eau). Ce traitement est appliqué à titre préventif ou curatif. L’altération du béton n'affecte généralement que les zones soumises aux pluies battantes, au ruissellement ou au rejaillissement. Il est donc inutile d’hydrofuger des zones qui sont, par exemple, à l’intérieur d’un bâtiment. Les dégradations liées aux sels solubles s’intensifient après hydrofugation. Pour assurer une bonne durabilité au traitement, il est important de limiter les risques de pénétration d’eau et de sels par l’arrière de la surface traitée. Les surfaces sur lesquelles l’eau stagne, ne peuvent pas non plus être traitées efficacement [17]. 6-2-3. Inhibiteurs de corrosion Par définition, un inhibiteur de corrosion est un composé chimique qui, ajouté en faible concentration au milieu corrosif, ralentit ou arrête le processus de corrosion d'un métal placé dans ce milieu [17]. Ses fonctions essentielles sont les suivantes :  de pénétrer une couche de béton très hétérogène par nature (variations de compacité notamment).  d’abaisser la vitesse de corrosion du métal, sans en affecter ses propriétés (ni celles du milieu environnant). Le mécanisme d'action d’un inhibiteur peut être divers. L'inhibiteur recouvre (adsorption) la surface du métal, et réduit les surfaces de réactions élémentaires. Il peut former également des
  • 30. Chapitre 01 : La corrosion 26 composés avec le métal et le liquide environnant et modifier les réactions d’interface. Dans les deux cas, la vitesse de corrosion peut être ralentie, voire annulée. Les inhibiteurs de corrosion sont classés selon leur mode d'action [17] : a- Les inhibiteurs anodiques ont une action sur la diminution du courant sur la partie anodique de la surface du métal. b- Les inhibiteurs cathodiques induisent une augmentation de la surtension cathodique, et réduisent donc le courant de corrosion. c- Les inhibiteurs mixtes sont à la fois les propriétés des inhibiteurs anodiques et cathodiques. 6-3. Revêtements de surface 6-3-1. Les peintures Les peintures antirouille ont un rôle de protection et parfois de décoration. La protection est assurée soit par une action de nature électrochimique, obtenue par les pigments ou leurs produits de réaction avec l’acier, soit par une isolation de l’acier par rapport au milieu agressif. Elles sont essentiellement constituées par les liants, pigments, solvants et plastifiants [17]. 6-3-2. Les revêtements minces Les revêtements minces peuvent être [17] : • des revêtements plastiques épais contenant généralement des charges grossières et à base de résines acryliques ou polyuréthannes, • des revêtements d’imperméabilité à base de résine acrylique, • des revêtements divers à base de polyuréthane. Selon leur nature, ces produits sont appliqués à l’aide de spatules ou de machines spéciales. 6-3-3. Protections par revêtements métalliques Les critères de choix d’un revêtement protecteur vont dépendre des conditions d’utilisation de la pièce. Nous nous limitons ici au cas d’une corrosion humide. Il existe é type de revêtement métallique : 6-3-3.1. Les revêtements métalliques protecteurs Les revêtements métalliques protecteurs sont constitués d’un métal plus noble que les substrats tels que le chrome ou le nickel pour l’acier et sont dits cathodiques. Pour assurer leur fonction de protection, s’il existe une fissure ou une discontinuité dans le revêtement laissant apparaître le substrat, il va se créer une pile électrochimique avec attaque du substrat [17]. 6-3-3.2. Les revêtements métalliques sacrificiels Dans le cas des revêtements sacrificiels (ou anodiques), le métal apporté est moins noble que celui à protéger et le revêtement se dégrade à la place du substrat. La protection est assurée même en cas de discontinuité. Par contre, elle est limitée dans le temps car elle est directement liée à la durée de vie du revêtement, c’est-à-dire à son épaisseur et à l’ampleur du couplage *17+. 7- Initiation et propagation de la corrosion Selon le modèle de Tuutti, la durée de vie des structures de béton armé peut être séparée en deux phases distinctes telles que démontré à La figure I-21, [27].  La première phase est l’initiation de la corrosion dans laquelle l’armature est passive, mais le processus de dépassivation, c.-à-d. carbonatation ou pénétration des ions chlorure dans le béton, se développe.  seconde phase est la propagation de la corrosion qui débute lorsque l’acier est dépassivé et qui se termine lorsqu’un état limite est atteint au-delà duquel les conséquences de la corrosion ne peuvent plus être tolérées.
  • 31. Chapitre 01 : La corrosion 27 Figure I- 21: Période d'initiation et de propagation de la corrosion dans les structures de béton armé [19] [27]. Le temps d’initiation et la cinétique de propagation de la corrosion dépendent de plusieurs facteurs tels que : les caractéristiques du mélange de béton, les propriétés des barres d’armature ainsi que l’état de surface des barres d’armature [27]. Selon Bertolini et all. (2004), (cité par [27]) la qualité du mélange de béton dépend pour beaucoup du rapport eau/ciment (e/c), de la minéralogie du ciment et de la présence ou non d’ajouts cimentaires. Tel que démontré par Meyer (1968), (cité par [27]) Midgley et Illston (1984) et Zhang et coll. (2005), plus le rapport e/c est élevé, plus la perméabilité du mélange de béton est grande. Un mélange ayant une forte perméabilité (faible qualité) est normalement plus poreux et laisse passer plus facilement les agents agressifs. En outre, pour un même type de barre d’armature, plus la perméabilité du béton est grande, plus l’initiation et la propagation de la corrosion risque d’être rapide. Par ailleurs, la sélection du liant peut avoir une influence significative sur la capacité du béton à réduire la pénétration des ions agressifs comme les ions chlorures. Des travaux antérieurs ont clairement démontré que le choix du type de ciment (et notamment de sa minéralogie) pouvait considérablement affecter la durée de vie des ouvrages exposés à des ions chlorure (Hussain et coll. 1996 et Zhang et coll. 2005). Selon ces études, une réduction de la teneur en C3A aurait comme Période d’initiation 1 2 3 4Période de propagation Temps d’exposition Détérioration Incubation Propagation de défauts dus à la corrosion 1 Dépassivation des aciers 2 Formations de fissures 3 Ecaillage du béton 4 Destruction de la structure due à réduction de section utile et/ou une perte d’adhérence Etatslimites Période d’initiation Période de propagation
  • 32. Chapitre 01 : La corrosion 28 conséquence d’augmenter de manière considérable la pénétration des ions chlorure et par le fait même de réduire la période requise pour initier la corrosion des armatures [27]. 8- Adhérence acier-béton L’adhérence entre l’acier et le béton est un des facteurs essentiels pour obtenir de bonnes performances des structures en béton armé. La charge externe n'est jamais appliquer directement à l'acier d’armature, la charge est habituellement transmise par le béton vers l’acier. L’importance relative de ces liens dépend surtout du type d’élément armé (poutre, poteau,…) et de la nature des barres d’armature (lisses ou crénelées). La capacité de l’ancrage peut également être influencée par différents paramètres comme l’épaisseur de recouvrement, la surface de l’armature, le fluage du béton, la température, la corrosion, etc... Le transfert des efforts est alors assuré par le frottement entre l’acier et le béton et la butée des crénelures (l’appui des faces du crénelage contre le béton) [22]. Pour de faibles pourcentages de corrosion, avant la formation des fissures primaires, il apparaît une augmentation du frottement entre l’acier et le béton. Cette augmentation est causée par l’augmentation de la rugosité de la barre d’acier en raison de la formation d’une fine couche de rouille stable et adhérente [22]. A la fin de ce stade, l’apparition des fissures primaires va avoir pour effet de diminuer l’adhérence, mais le confinement de la barre par le béton est encore important. Avec le développement de la corrosion, l’adhérence maximale va subir une chute importante. En effet, la dégradation très importante de la surface de l’acier va provoquer l’émoussement, voire la disparition, des nervures, rendant très faibles les interactions entre l’acier et le béton. De plus le confinement du béton environnant sera diminué par l’ouverture de fissures longitudinales. Le dernier stade correspond à une très faible diminution de l’adhérence maximale en fonction de la corrosion. Le confinement de la barre est alors fortement diminué, et une augmentation de la corrosion n’aura quasiment plus d’effet sur la dégradation de l’interface. Il en restera une contrainte résiduelle [13]. Figure I- 22: Mécanismes d’adhérences acier-béton [22].
  • 33. Chapitre 01 : La corrosion 29 Figure I- 23 : Représentation schématique de la variation de l’adhérence maximale avec la corrosion *22+. 9- Effets de la corrosion sur le comportement de structures fléchies. Plusieurs facteurs influent sur le comportement en flexion de structures corrodées (voir figure I-24), la réduction de section d’acier, la perte d’adhérence entre l’acier et le béton, l’endommagement du béton dans les parties tendues et comprimées. La difficulté est de faire le lien entre ces paramètres afin d’en connaître l’influence. Pour le comportement en flexion, plusieurs chercheurs ont observé sur des poutres vieillies en ambiance saline que le profil de fissuration dû à la corrosion des armatures comprimées n’avait pas d’influence significative. L’intérêt de ses études était de voir l’effet couplé de la réduction de section de l’acier tendu et de la perte d’adhérence entre l’acier et le béton. Il a observé que pour le comportement mécanique en flexion de poutres en béton armé en service, la perte d’adhérence était responsable d’au moins 50% des dégradations des poutres. En effet, la contribution du béton tendu entre les fissures est nettement diminuée, causant l’affaiblissement de l’adhérence. Au contraire, dans le cas du comportement à ruine, c’est la perte de section qui est la principale responsable de la diminution de la capacité portante des structures. Cet effet se traduit par la perte importante de ductilité des poutres soumises à la corrosion localisée. En effet, lorsque la corrosion est localisée, les armatures tendues vont subir une concentration de contraintes dans la zone corrodée se traduisant par une plastification précoce de l’acier dans cette zone. Lorsque tout l’acier se plastifie, la réserve de déformation plastique dans la zone corrodée est largement consommée, ce qui entraîne une rupture précoce de l’acier. Néanmoins, dans le cas d’une corrosion uniforme et généralisée, la ductilité des poutres (en termes de flèche) est beaucoup moins affectée, et la perte d’adhérence joue probablement un rôle important dans ce phénomène *22+. Selon Mickaël DEKOSTER. (2003) *13+: L’adhérence entre l’acier et le béton sera modifiée en fonction de l’état de l’interface. Expérimentalement, l’adhérence évolue suivant trois phases. La première correspond aux faibles pourcentages de corrosion, l’adhérence augmente légèrement du fait de l’augmentation de la rugosité de la barre apportée par la rouille adhérente. La seconde phase correspond à la chute brutale de l’adhérence résultant de l’accumulation de produits de corrosion autour de l’armature, ayant pour effet direct d’émousser les nervures des barres d’acier et de provoquer une fissuration longitudinale responsable d’une perte de confinement. La transmission de l’effort entre l’acier et le béton se trouve ainsi reportée de plus en plus loin des fissures transversales ou primaires. Dans la troisième phase, la contrainte d’adhérence évolue de façon constante avec une valeur très faible, environ 10% du maximum de contrainte observé pour au pourcentage de corrosion
  • 34. Chapitre 01 : La corrosion 30 nul. Cette phase correspond à un comportement résiduel. Figure I- 24: Effets de la corrosion sur le comportement mécanique de structures corrodées [13]. 10- Corrosion accélérée: essais Sur site, les ouvrages soumis à la corrosion ne développent pas des désordres observables qu’au bout de 10 à 20 ans de service pour cette raison, de nombreux essais en laboratoire ont été effectués sur des éléments en béton armées de manière à obtenir une corrosion accélérée pour obtenir l’accélérer du processus de corrosion qui peut prendre plusieurs années pour s’initier en conditions naturelles. Ainsi, les résultats des essais sont connus plus rapidement. Plusieurs méthodes sont utilisées, soit par vieillissement accéléré du béton, soit en accélérant la vitesse de corrosion de l’armature. Il existe plusieurs méthode pour accélère la corrosion des aciers dans le béton, on peut citer les Quatre méthodes ou approches principales et applicables pour accélérer la corrosion des armatures dans le béton sont utilisées par les chercheurs [16] [24].  La première méthode consiste en l’application d’un courant électrique au travers les armatures,  La seconde méthode consiste de favorisant la pénétration des agents agressifs par l'immergeant des éprouvette l'alternance de périodes (séchage/ humidification) dans un milieu agressifs favorisant l'attaque des ions de chlorures,  La troisième méthode consiste en l’ajout de chlorures de sodium dans le mélange de béton lors du gâchage. REDUCTION DE LA CAPACITE PORTANTE Baisse de la résistance à la corrosion Ductilité Résistance Ancrage Interaction acier-béton Diminution de la section du béton Disparition des nervures Locale Générale Adhérence Fissuration du béton d’enrobage CORROSION Perte de section d’acier Expansion volumique Dégradation de l’interface
  • 35. Chapitre 01 : La corrosion 31  La quatrième méthode, les éléments de béton armé sont exposés à des conditions environnementales sévères en utilisant une chambre où un brouillard salin est pulvérisé au- dessus des éprouvettes. 10-1- Essai avec courant imposé Le principe de cette méthode est d’accéléré le processus de corrosion par l’application d’un courant externe sur les éléments de béton armé. Plusieurs configurations ont été conçues et sont utilisées par les chercheurs. Dans chacun des cas, la corrosion est induite en forçant le potentiel électrochimique entre l’anode et la cathode créant ainsi un courant de corrosion (Il s’agit de créer entre l’électrode de travail (anode) et la contre-électrode (cathode) une connexion de manière à accélérer le processus de corrosion), voir Figure I-25 [16] [24]. Figure I- 25 : Exemple de montage de corrosion accélérée par courant imposé De nombreuses études ont été réalisées avec un courant imposé pour accélérer la corrosion des corps d’épreuve. Austin et Lyons (2004) ont imposé des courants de corrosion de l’ordre de 100 obtenant ainsi au bout de 2 jours une corrosion significative. Ces essais ont une durée de 2 semaines [24]. ElMaaddawy (2003) a imposé un courant de 200 , le but étant d’obtenir de la fissuration par corrosion. [24] Gonzalèz et Feliu ont imposé un courant de 10 à 100 sur des éprouvettes en béton armé. Ces essais ont une durée de 1 mois. Cela a pour avantage de maîtriser le courant de corrosion. L’armature est bien corrodée et on obtient des produits de corrosion [24]. Toutefois, on remarquera que de telles valeurs ne sont pas représentatives des valeurs usuelles rencontrées en corrosion naturelle et qu’en outre, elles sont à l’origine de phénomènes perturbateurs comme l’électrolyse de l’eau [24]. Le principal avantage de l’approche de la densité de courant fixe provient de la réduction significative du temps requis pour propager la réaction de corrosion. Le temps de fissuration peut passer de plusieurs années à quelques jours en fonction de l’intensité de courant appliquée. Cette courte période de temps pour produire des essais est appréciée par les ingénieurs qui veulent étudier l’influence de la corrosion de l’acier sur le comportement mécanique des éléments en béton armé [16]. + - Réservoir 3,5% de NaCl Béton Armature (Anode) Acier inoxydable (Cathode) Source de courant
  • 36. Chapitre 01 : La corrosion 32 Cette méthode souffre de plusieurs inconvénients remettant en question la validité ou du moins la portée des résultats. Le courant électrique applique sur les armatures directement agit comme moteur, génère un potentiel électrochimique sur la surface entière de l’armature. Ce dernier a une influence directe sur la composition chimique de la solution des pores autour des armatures. Cette altération mène à une réorganisation significative de la microstructure des hydrates de la pâte à l’interface de l’acier / béton. Par exemple, l’application d’un courant externe favorise la lixiviation des hydroxydes en dehors du béton, altérant ainsi la microstructure du béton. Ces altérations microstructurales réduisent le lien mécanique entre le béton et l’armature, ainsi modifie également la distribution des produits de corrosion le long des armatures. Sous ces conditions, l’accélération du taux de corrosion tend à limiter la capacité des oxydes à migrer dans la matrice de béton, et favoriser la précipitation des produits de corrosion à proximité de l’interface acier / béton [16]. Petre-Lazar (2000) a observé peu ou pas de diffusion des produits de corrosion dans des éprouvettes qui ont été soumises à de la corrosion accélérée par l’application d’un courant externe. Cette distribution inhabituelle des produits de corrosion autour des aciers semble avoir une influence significative sur le comportement mécanique des éléments en béton armé soumis à la corrosion accélérée [16]. 10-2- Essai par immersion-séchage et milieu chloruré Le principal objectif de cet essai est d'accélérer les processus de corrosion des armatures, en favorisant la pénétration des agents agressifs (chlorures), tout en conservant les deux étapes essentielles du mécanisme de la corrosion, l'étape d'amorçage et l'étape de croissance [24]. L'attaque corrosive est constituée par la combinaison de deux paramètres : - Alternance de périodes d’immersion et de séchage, - Présence d’un milieu agressif (eau salée). Zdunek et P. Shah (1995) ont exposé les corps d’épreuve dans une solution électrolytique de sel cyclique pendant 3 mois de façon à initier et accélérer la corrosion. Il s’agit d’une solution à base de 15% de avec des cycles de séchage de 3 jours et d’humidification de 4 jours [24]. Les cycles de séchage et humidification accélèrent la pénétration de l’eau à l’intérieur. Il s’ensuit une altération du béton et plus particulièrement de la pâte de ciment due à la présence de l’eau. Le fait d’abaisser le pH de la solution électrolytique (pH< 11,5) conduit à la décalcification du béton. Andrade et al (1991) ont introduit dans la pâte de ciment 3% de par kilogramme de ciment de manière à provoquer une attaque active des armatures. De même, les éprouvettes ont subi des périodes répétées de séchage-humidification à l’aide d’un tampon humidifié placé à la surface des éprouvettes. Les tests étant longs (6 ans), des courants anodiques ont été appliqués pour accélérer les tests [24]. Dans le cas de ces essais de corrosion accélérée, on obtient une corrosion localisée, par piqûre. 10-3- Essai par l’ajout de chlorures de sodium dans le béton à l’état frais Dans cette méthode consiste à ajouter du chlorure de sodium ( ) dans le mélange de béton lors de la gâchée [16]. Cette méthode possède l’avantage d’initier la corrosion plus rapidement qu’en condition naturelle puisque les chlorures entourent déjà les armatures. [16] Un second avantage de cette approche provient du processus électrochimique similaire aux conditions naturelles menant probablement à la formation des mêmes produits de corrosion. Et comme d'habitude, cette méthode possède également des désavantages. Sous les conditions réelles, l’initiation de la corrosion débute plusieurs mois ou années après la mise en place
  • 37. Chapitre 01 : La corrosion 33 du béton. À ce moment, le béton est mature et stable. L’introduction de chlorures dans le mélange de béton à l’état frais réduit le temps de prise et modifie significativement la microstructure du béton [16]. Selon, Tracetteberg et coll. (1974) et Ramanchandran (1976), la présence des chlorures dans la solution contribue à diminuer le rapport C/S du C-S-H et engendre une structure poreuse plus grossière. L’altération de la microstructure du béton a une influence directe sur la cinétique de corrosion. Par exemple, une porosité plus grossière sera plus sensible aux effets du séchage et augmentera le taux de pénétration de l’oxygène dans le matériau [16]. De plus, les investigations de Enevoldsen et coll. (1994) montrent que le mécanisme liant dépend de la façon dont les chlorures sont introduits dans le béton, soit mélangés au béton lors de la fabrication, soit par pénétration des chlorures dans le béton durci depuis l’environnement. En conséquence, la composition chimique de la solution des pores entourant l’armature semble être affectée par la source de chlorures. 10-4- Essais brouillard salin Il s’agit d’effectuer une attaque accélérée, il consiste à vaporiser une solution d'eau et de sel ( ) sur les éprouvettes (Figure I-26). Le brouillard salin est généré par quatre pulvérisateurs en plexiglas positionnés à chaque angle supérieur. Ils sont alimentés en air comprimé à une pression de 1000 et en eau salée à 35 g/l, ce qui correspond à la concentration de l’eau de mer dont la teneur en sels se situe souvent entre 32 et 38 g/l. La température moyenne de l'enceinte est de 20 °C. [16] [24] Figure I- 26: brouillard salin – essai [19]. 11- Modélisation du comportement global des structures corrodées Il existe de nombreuses méthodes de calcul analytique et numériques (éléments finis, éléments discrets..), qui peuvent être utilisées pour la prédiction du comportement de structures fléchis dégradées par la corrosion, on site parmi eux : Selon Dagher et Kulendran [13] : ont estimé l’état de fissuration autour des armatures à partir d’un volume connu de produits de corrosion. Leur objectif était de fournir un outil prédictif de la dégradation de l’interface acier-béton. Selon Molina [13] : a proposé un modèle numérique utilisant la méthode des éléments finis afin d’évaluer le faciès de fissuration d’une section. La corrosion est modélisée par une combinaison de
  • 38. Chapitre 01 : La corrosion 34 déformations initiales simulant l’augmentation du volume « acier + rouille » et par une modification des propriétés élastiques de l’acier, celles-ci évoluant de l’acier sain vers la rouille. Selon Noghabai [13] : a utilisé la méthode des éléments finis basée sur le concept de fissure élémentaire incluse, appelée bande interne de radoucissement. Dans cette méthode, une forte discontinuité est introduite dans l’élément fissuré par critère de résistance. Cette méthode permet de modéliser le comportement de la fissuration transversale de sections de poutres corrodées. Remarque Pendant notre on a remarqué que la plupart de c’est méthodes considèrent la corrosion dans une section transversale impliquant à l’échelle de la structure une corrosion uniforme ce qui n’est pas le cas en réalité (il y a plusieurs forme de corrosion, comme on l’a démontré précédemment). Ces modèles sont difficiles a réalisé sur place, par exemple, lorsque nous voulons évaluer la capacité portante d’une structure corrodée à partir d’un diagnostic de la dégradation de la structure. 12- Mesures de corrosion Le béton est un matériau semi-conducteur, ces propriétés électriques sont liées à la nature essentiellement électrolytique de la circulation du courant. Ces propriétés aidées plusieurs chercheurs de développés techniques d’investigation de la corrosion sur des ouvrages existants se développent continuellement, à base d'utilisation des techniques électrochimique. Ces méthodes utilisent souvent des technologies avancées. Dans cette partie nous présentons les méthodes utilisées en laboratoire seules. Le caractère même de la réaction de corrosion de l’acier justifie l’utilisation de principes électrochimiques pour faire l’évaluation de son avancement. La caractérisation électrochimique de la corrosion se fait de différentes façons, mais elle utilise les mêmes principes fondamentaux quelle que soit la méthode, soit la mesure de potentiel ou du courant de corrosion. 12-1-Densité de courant macropile Comme son nom l’indique, la densité de courant macropile est définie comme étant le courant électrique exprimé en fonction de la surface étudiée lors d’une réaction caractérisée par des régions anode/cathode séparables. Par exemple, une macropile peut se former entre deux pièces métalliques qui baignent sans se toucher dans une solution conductrice. C’est donc la solution conductrice qui assure le contact électrique entre le deux électrodes. Le courant ne peut pas être mesuré directement à cause de sa trop faible intensité. Ainsi, le principe est de mesurer un potentiel électrique entre une anode et une cathode où la résistance entre les deux est connue. Par la suite, le courant est calculé à l’aide de la loi d’Ohm : Courant = potentiel/résistance. Habituellement, le courant est exprimé en densité de courant ( ), c’est-à-dire qu’il tient compte de la surface d’exposition de l’élément qui corrode (anode). La densité de corrosion est alors exprimée en . 12-2-Potentiel de corrosion La mesure du potentiel de corrosion, développé depuis de nombreuses années, cette technique est utilisée pour évaluer de façon non destructive l’état de corrosion des armatures dans le béton. Le potentiel de corrosion ( ) peut être mesuré directement entre la barre à l’étude