Quand les ravages du temps rongent l'intérieur
Le pont en béton armé tiendra-t-il encore des années ou la corrosion a-t-elle déjà commencé ? Des scientifiques de l'ETH ont découvert que les échantillons de béton examinés jusqu'à présent étaient trop petits pour permettre de se prononcer de manière fiable sur l'état du béton armé.
Le pont de la Tamina a été inauguré en juin de cette année après quatre ans de travaux. Avec une longueur de 475 mètres, ce pont en béton armé est le plus grand pont en arc de Suisse. Un ouvrage construit pour de nombreuses générations, qui permettra désormais aux véhicules de franchir en toute sécurité les profondes gorges de Pf?fers à Valens pendant des décennies. Mais comme pour tous les ouvrages d'infrastructure en béton armé, le temps commence à faire son ?uvre dès le début. L'expérience et d'innombrables études menées dans le monde entier montrent que le béton armé permet certes de réaliser des constructions grandioses sur le plan architectural, mais que les influences environnementales telles que le CO2 de l'atmosphère et, surtout, du sel de déneigement au matériau. Au fil des années, les chlorures du sel pénètrent dans le béton, jusqu'à ce qu'ils atteignent finalement l'armature en acier et que les fers d'armature commencent à rouiller.
Afin de détecter à temps les dégradations et d'éviter la corrosion, c'est-à-dire la destruction de l'acier par la pénétration de chlorures, les ouvrages en béton armé sont régulièrement contr?lés. Un travail considérable et de plus en plus important si l'on pense à tous les ponts, tunnels et b?timents construits en béton armé en Suisse dans les années 1950 à 1970.
En effet, plus les constructions vieillissent, plus le risque de corrosion de l'acier d'armature du béton est élevé. L'utilisation de sels de déneigement, qui permettent de maintenir les ponts, les routes et les tunnels exempts de glace en hiver, augmente au fil des ans la teneur en chlorure du béton, dont le mélange de ciment, d'eau et de morceaux de roche est naturellement alcalin et qui, gr?ce à son pH élevé, protège en fait l'acier en son sein de la rouille et de la corrosion.
Pratique n'est pas toujours juste
"La corrosion est à l'origine de jusqu'à 90 % des dommages subis par les structures en béton armé", explique Ueli Angst, professeur à l'Institut des matériaux de construction (IfB). "Et comme de plus en plus de constructions atteignent un ?ge critique, leur assainissement pourrait co?ter à la Suisse entre 5 et 20 milliards de francs par an". La Suisse n'est pas seule à être confrontée à ce problème co?teux. La plupart des pays industrialisés sont confrontés à des défis similaires. Après tout, le béton est le matériau produit par l'homme le plus utilisé au monde. Aux ?tats-Unis, on a calculé il y a des années déjà que les co?ts liés à la corrosion représentaient environ 3 à 5 pour cent du produit national brut - sans compter les co?ts indirects liés aux embouteillages ou aux pertes de production.
Compte tenu des co?ts élevés et du grand nombre de constructions, il est extrêmement important d'évaluer correctement l'état d'une construction en béton armé et de déterminer si et quand une rénovation est nécessaire. Outre l'expertise visuelle et les méthodes d'examen non destructives, le prélèvement d'échantillons de béton joue un r?le essentiel dans l'évaluation, explique Bernhard Elsener, dont le chaire est consacrée à la corrosion et à la durée de vie des matériaux de construction : "En laboratoire, on détermine la concentration de chlorure dans les échantillons. Si elle dépasse le seuil critique de 0,4 pour cent par rapport au poids du ciment, non seulement près de la surface, mais jusque dans les couches plus profondes du béton, on supposait jusqu'à présent que la corrosion pourrait bient?t s'installer et qu'un assainissement serait nécessaire".
Ces petits échantillons, d'une taille typique de 5 à 20 centimètres, sont pratiques parce qu'ils sont faciles à manipuler en laboratoire. Une étude récente menée par les deux professeurs de l'ETH montre toutefois que les conclusions tirées de ces analyses sont souvent erronées. "Dans le cadre de notre projet de recherche, nous avons examiné des éprouvettes en béton armé de différentes tailles et constaté qu'en laboratoire, la concentration de chlorure déclenchant la corrosion est nettement plus élevée dans les petits échantillons et qu'elle est soumise à de plus grandes variations que dans les éprouvettes plus grandes", explique Angst.
Nouvelle formule - nouvelle valeur limite
"Le béton n'est pas un matériau homogène. L'effet de taille de la corrosion peut être directement expliqué par ces inhomogénéités", explique Angst. " Seule l'analyse d'un échantillon plus grand, d'un mètre de long par exemple, permet une évaluation de l'état proche de la réalité." Comme cela est difficile pour des raisons pratiques, les deux experts en matériaux de construction de l'ETH Zurich ont développé une formule mathématique qui permet de convertir la valeur limite critique d'une taille d'échantillon donnée en n'importe quelle autre taille - et de remplacer ainsi la valeur limite critique fixe de 0,4 pour cent jusqu'à présent.
Les résultats de l'étude de l'ETH ne concernent toutefois pas uniquement les analyses en laboratoire d'échantillons de béton. Ils ont également des répercussions sur l'utilisation de capteurs installés dans les constructions en béton armé pour surveiller la corrosion. Ces capteurs sont généralement petits et fournissent donc éventuellement des données trop optimistes. Pour obtenir des informations plus précises, il faudrait des capteurs plus nombreux ou plus grands.
Pour éviter à l'avenir tout dommage d? à la corrosion, il ne reste plus, selon les scientifiques, que l'alternative de passer à un acier plus cher et fortement allié pour les constructions. "Celui-ci co?te environ dix fois plus cher que l'acier d'armature normal", explique Elsener, "mais compte tenu des co?ts ultérieurs liés aux inspections et aux assainissements réguliers, il pourrait être plus avantageux à long terme". D'autant plus que des ciments mixtes aux propriétés de durabilité encore peu connues sont de plus en plus utilisés pour réduire les émissions de CO2-2et de réduire les émissions de CO2.
Référence bibliographique
Angst UM, Elsener B : L'effet de taille dans la corrosion influence considérablement la durée de vie prédite des infrastructures en béton. Science Advances (2017) doi : page externe10.1126/sciadv.1700751