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(extrait du site :
www.concretecorrosion.net)
Les ouvrages concernés par la corrosion des
armatures sont :
Bâtiments : acrotères, et
balcons, dans toutes les atmosphères, éléments
verticaux et terrasses, en milieu industriel et maritime. Ce sont
bien sûr les éléments les plus sensibles des
bâtiments, du fait soit de leur minceur, soit de la
difficulté à maintenir des enrobages
suffisants.
Bâtiments
industriels : poteaux et dalles. Ces éléments
sont en effet soumis assez souvent à des expositions d'agents
chimiques. Les poutres sont également des éléments
particulièrement sensible des constructions industrielles, car
supportant parfois les dalles de plancher. Certaines sont parfois
dans des états assez surprenants.
Parkings : poutres et dalles, en
milieu maritime ou montagneux. Cela est lié dans les deux cas
à la présence des chlorures (provenant respectivement de
l'eau de mer et des sels de déverglaçage). Il faut savoir
que nombre de dalles sont précontraintes, accroissant ainsi le
danger de la corrosion.
Composants de
structures préfabriquées : il ne semble pas que
des problèmes importants soient à signaler dans cette
rubrique, du fait probablement que les bétons sont mieux
soignés, et mieux mis en oeuvre. Toutefois, les poteaux de
lignes électriques par exemple semblent être un objet de
préoccupation. Il faut savoir qu'il existe en France un parc
immense de poteaux en béton armé (environ 1 pour 2
habitants), dont les plus anciens ont plus de 60 ans.
Il existe également une importante pathologie touchant divers
éléments de construction, due à l'utilisation dans
les années 60-80 d'accélérateurs de prise à
base de chlorures de calcium. Cela concerne des panneaux de
façade, des acrotères, jardinières,
etc.
Ponts et
ouvrages d'art : dans cette catégorie d'ouvrages, il
apparaît que les zones les plus sensibles soient les tabliers,
les appuis en superstructures, et les équipements de tablier
(ou l'influence des sels de déverglaçage est
importante.
Réservoirs (enterrés, au
sol, aériens). Le principal problème de ces structures
est lié aux problèmes de fuites d'eau, qui sont dus soit
à la présence de fissures (d'origines diverses :
thermiques, mécaniques,….) ou de défauts
d'enrobages des armatures, notamment si le milieu contient des sels
agressifs (chlorures notamment).
Sur les structures existantes souffrant de fissures, ou de fuites
diffuses, les réparations consistent à colmater les
défauts ou à installer une
étanchéité.
Silos
: les silos pour le stockage des matériaux granuleux ou
poudreux (céréales, ciments,….) sont soumis à
de fortes contraintes, notamment pendant les périodes
chargement et de déchargement. Ces contraintes induisent des
fissures, verticales ou horizontales. Celles-ci peuvent être
à l'origine de pénétration d'eau, engendrant une
corrosion des armatures.
Aéroréfrigérants
industriels : ces structures sont soumises à un
environnement sévère (brouillard d'eau sous forme de
vapeur ou de gouttelettes entraînées à
l'intérieur, soleil, pluie ou gel à l'extérieur)
engendrant des contraintes amorçant des fissures. Par ailleurs
le fort gradient hydrique est à l'origine d'un transfert de
vapeur d'eau pouvant être la source d'altération du
béton.
Cheminées : les cheminées
(industrielles notamment) sont soumises à un environnement
très sévère, acide particulièrement (acide
sulfurique et acide chlorhydrique). Le fût souffre donc de
phénomènes dus à la neutralisation de
l'alcalinité du béton, d'une part, et d'attaque
sulfatique d'autre part (par formation de gypse). Cette attaque est
parfois très profonde, et souvent irrégulière en
fonction de la hauteur.
Structures
portuaires : celles situées en bord de mer souffrent
de l'agression due aux chlorures. L'intensité de la corrosion
est liée à l'agressivité du milieu (zone de marnage,
d'éclaboussures, d'embruns). Des défauts d'enrobage ou de
qualité du béton sont alors immédiatement mis en
évidence.
Canalisations
en béton armé et précontraint : la plupart
sont enterrées, et des ruptures surviennent lorsque la
protection du béton n'est plus suffisante (carbonatation,
présence de chlorures).
Il faut
également signaler les monuments historiques (églises ou
autres ouvrages Perret ou Le Corbusier), ou les bâtiments
classés en béton armé, de plus en plus nombreux, qui
possèdent leurs contraintes propres, notamment en termes de
réparation.
Par ailleurs, les
pathologies des bétons, dues à ses propres constituants
(alcali-réaction, ettringite différée,.…) sont
des cas particuliers, engendrant des désordres divers
(fissuration, déformation). |
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I - L'acier
dans le béton sain
Avant d'être placée dans le coffrage,
une armature en acier est rouillée, parce qu'elle a d'abord
été exposée à l'atmosphère. Lorsque le
béton frais est mis en place autour de cet acier, l'eau de
gâchage pénètre à travers les pores de la
rouille, où elle forme progressivement de la ferrite de
calcium hydraté (4.CaO . Fe2O3 . 13H2O). Mais surtout, cette
eau réagit avec l'acier métallique et forme sur celui-ci
une fine couche d'hydroxydes de fer [Fe(OH)2] et de calcium
[Ca(OH)2].
Tous ces produits au voisinage de l'acier donnent
à la solution interstitielle du béton un pH
élevé, de l'ordre de 13. Il est à noter qu'au
contact de la rouille initiale, l'hydratation du ciment est
perturbée : il se forme localement une zone de transition,
au-delà de laquelle le béton a des caractéristiques
plus homogènes.
L'eau de gâchage du béton permet donc de
former autour de l'acier des produits, qui le protègent par
passivation. Plus exactement, sous la rouille, une armature est
recouverte d'une fine couche protectrice de produits blancs, à
base de ferrite et d'hydroxyde de calcium .
Une telle protection disparaît si la solution
interstitielle a disparu (cas des grandes fissures qui atteignent
les armatures) ou ne correspond plus à un béton
sain.
II - Les
étapes de la corrosion des
armatures
La corrosion avec formation de rouille des
armatures dans les bétons comporte deux phases. Dans un
première phase (ou stade), les éléments agressifs,
tels que le dioxyde de carbone (CO2) ou les chlorures (Cl-),
présents dans le milieu environnant, pénètrent dans
le béton. C'est le stade d'incubation. La seconde phase est
celle dite de propagation qui commence lorsque ces corps agressifs
se trouvent à des concentrations assez fortes au niveau des
armatures. Elle correspond à la croissance de la rouille, qui
peut ensuite faire éclater le béton
d'enrobage.
Ainsi, pour décrire la corrosion des aciers
dans les bétons, il convient de préciser, d'une part, la
pénétration des agents agressifs à travers le
béton et, d'autre part, les conditions de dépassivation
de ces armatures, puis la vitesse de dissolution du métal et
la croissance de la rouille.
Il est à noter que les aciers à haute
résistance utilisés pour la précontrainte du
béton, peuvent subir une fissuration spécifique, par
corrosion sous contrainte. Ce cas n'est pas traité
ici.
Les stades de la corrosion des aciers dans les
bétons, induite par des agents tels que les chlorures ou le
dioxyde de carbone. L'agent agressif pénètre dans
l'enrobage, puis déclenche la formation de
rouille.
Celle-ci se développe et peut fissurer
l'enrobage.
III -
Dégradation du béton
d'enrobage
Le béton qui enrobe une armature être
altéré par le milieu environnant, pour des raisons
:
- physiques : le gel peut le faire éclater, etc
;
- mécaniques :
le béton peut se fissurer sous l'action d'une charge
excessive,
- chimiques,
notamment à cause de certains corps (gaz ou ions) contenus
dans le milieu environnant.
D'une façon générale, les
constructions en béton armé sont au contact de
l'atmosphère, de l'eau (rivière, mer, etc.) ou de sols.
Ces milieux sont plus ou moins pollués et contiennent certains
corps (gaz ou liquide) qui peuvent entrer dans le béton et
modifier les caractéristiques de celui- ci et en particulier
la composition chimique de la solution
interstitielle.
Les agents agressifs les plus fréquents sont
les eaux pures, les chlorures dans l'eau et le dioxyde de carbone
(CO2) dans l'atmosphère.
L'eau pure peut lessiver (lixiviation) le
béton en dissolvant certains constituants du ciment et
augmenter la porosité du béton.
Les sels de chlorures sont très solubles dans
l'eau. Les ions ainsi formés dans l'eau et pénètrent
avec celle-ci dans le béton (pénétration des
chlorures) , soit par humidification d'un béton sec
(convection), soit par diffusion, due au fait que la teneur en
chlorure est plus forte dans le milieu environnant que dans le
béton d'origine (gradient de concentration). Les chlorures
venant de l'extérieur restent, en majorité, à
l'état dissous dans la solution interstitielle du béton.
Mais ils peuvent aussi réagir avec certains constituants du
matériau (réaction chimique ou
adsorption).
Le dioxyde de carbone (CO2) est sous forme gazeuse
dans l'atmosphère. Il peut être dissous par la solution
interstitielle du béton, et réagir avec certains
composés calciques pour former des carbonates (carbonatation).
Il en résulte que le pH de la solution interstitielle du
béton altéré par cette carbonatation, est de l'ordre
de 9.
La pénétration du dioxyde de carbone
dans le béton est un phénomène de diffusion. Elle
est rapide lorsque le béton est assez sec. Mais la
réaction de carbonatation n'a lieu que s'il reste de la
solution interstitielle dans le béton. C'est pourquoi, les
conditions les plus favorables à la pénétration du
dioxyde de carbone correspondent à une humidité relative
moyenne, de l'ordre de 65%.
Conséquences pratiques : Pour ralentir
la pénétration des agents agressifs, il faut formuler le
béton et le fabriquer, de telle sorte que sa porosité
soit faible et que le coefficient de diffusion de ces agents soit
faible également.
IV -
Amorçage de la corrosion des
armatures
La corrosion des armatures commence, lorsque les
produits formés à leur surface ne les protègent plus
(dépassivation), car ils deviennent plus poreux. Un premier
critère d'amorçage de la corrosion correspond donc à
la modification de la nature de ces produits. Ce processus passe
par des stades intermédiaires qui donnent des produits plus ou
moins stables, les " rouilles vertes ". Un critère, plus
opérationnel, correspond à la modification significative
le vitesse de dissolution métallique (changement de
l'activité de la corrosion). Pour appliquer ce critère,
il faut suivre la vitesse de corrosion.
Formation des produits de corrosion du fer, dans
un béton sain ou " pollué " (par des chlorures ou
carbonates)
En pratique, le dioxyde de carbone (CO2)
déclenche la corrosion des armatures, lorsque le béton au
contact de ces aciers est carbonaté et assez humide (même
de façon non permanente). Les chlorures qui provoquent une
corrosion métallique, sont sous forme d'ions dissous dans le
liquide interstitielle (" chlorures libres "). Leur teneur critique
dépend surtout du pH du béton et de son aération
(teneur en oxygène).
Conséquences pratiques : Pour un béton
et un milieu environnant donnés, l'amorçage de la
corrosion survient plus tard, lorsque l'enrobage de l'acier est
plus épais et plus compact.
V -
Développement de la corrosion
Les produits protecteurs, comme l'hydroxyde
ferreux Fe(OH)2, la " rouille verte " ou la magnétite, restent
stables et ont une faible épaisseur. Par contre, les produits
qui n'arrêtent pas la corrosion se développent au cours
du temps.
Lorsqu'une armature se corrode, elle subit une
dissolution plus ou moins localisée, mais de plus elle se
recouvre de produits de corrosion (rouille classique de couleur
rougeâtre) instables. Dans un béton plutôt poreux et
humide, ces produits traversent l'enrobage et finissent par tacher
la surface du parement. Dans le cas plus classique, d'un béton
relativement sec, les produits de corrosion gonflent en
déformant fortement l'enrobage et, sous l'effet d'une
pression, finissent par fissurer le béton ou par provoquer des
éclatements (épaufrures).
La diminution de section de l'armature et le
gonflement simultané de la rouille entraînent une
diminution plus ou moins notable de l'adhérence entre l'acier
et le béton. |
|
I -
Enrobage des armatures
Les structures en béton armé sont
conçues et réalisées pour une durée de service
qui est définie par le concepteur et maîtrisée par
le constructeur. Pendant cette durée, la structure ne doit pas
se dégrader à un point tel qu'elle ne remplit plus ses
fonctions.
La dégradation du béton armé est
surtout due à la corrosion des armatures. Il convient de
rappeler le mécanisme de cette dégradation. Les armatures
se corrodent lorsqu'elles sont en contact avec une forte
quantité d'agents agressifs. C'est pourquoi, la
prévention de la corrosion de ces armatures, dans des
structures à construire, se fait principalement en
maîtrisant l'épaisseur et la qualité du béton
d'enrobage.
La formulation du béton classique, en
particulier son dosage en ciment et son rapport des teneurs
eau-ciment, dépend de l'environnement auquel ce matériau
est exposé.
|
Environnement
|
Classe d'exposition
|
Dosage minimal en ciment (en
kg/m³)
|
Minimum du rapport eau/ciment
|
|
sec
|
1
|
280
|
0.65
|
|
humide :
- sans gel
- avec gel
|
2a
2b
|
280
280
|
0.60
0.55
|
|
humide et gel
avec emploi de sels anti-verglas
|
3
|
300
|
0.50
|
|
marin :
- sans gel
- avec gel
|
4a
4b
|
300
300
|
0.55
0.5
|
|
chimique : (agressivité)
- légèrement
- moyennement
- fortement
|
5a
5b
5c
|
280
300
300
|
0.55
0.50
0.45
|
Exigences sur le béton en fonction des
classes d'exposition d'après la norme ENV 1992.1.1 "Eurocode
2"
Dans des cas très particuliers, des adjuvants
peuvent être ajoutés dans le béton frais pour en
améliorer la maniabilité, les propriétés
mécaniques et plus rarement les qualités
protectrices.
L'épaisseur d'enrobage autour des armatures
dépend aussi de l'agressivité de l'environnement. Mais,
en plus des spécifications données par le concepteur, il
est important de considérer la mise en œuvre
(positionnement des armatures, malaxage du béton, cure, etc.)
pour estimer la durabilité d'un béton armé
réellement en place.
II -
Revêtement sur les armatures
Lorsque les structures en béton armé
sont exposées à un milieu très agressif, une
protection supplémentaire par revêtement de l'acier peut
être envisagée. Actuellement les deux types de
revêtements les plus courants sur acier sont les
revêtements organiques, et les revêtements
métalliques (galvanisation, etc.).
Ces revêtements de protection qui doivent
adhérer à l'acier doivent aussi assurer une bonne
adhérence entre l'armature et le
béton.
III -
Revêtement du béton
La protection contre la corrosion peut aussi
être améliorer à l'aide d'un revêtement du
béton.
D'autres moyens analogues existent
(imprégnation du béton). |
|
I -
Enrobage très fissuré,
délaminé
Lorsque les armatures sont fortement
corrodées, leurs produits de corrosion peuvent, en gonflant,
dégrader l'enrobage de béton, par fissuration,
délaminage et épaufrure.
La première action à entreprendre est
ainsi d'éliminer ces défauts de type
géométrique, par reconstitution de l'enrobage ou parfois
injection des fissures.
Comme cette première action ne concerne que
les zones de forte corrosion, les zones voisines où la
corrosion peut se manifester à courte échéance,
doivent être traitées par d'autres
méthodes.
II -
Enrobage physiquement sain mais
pollué
Dans certains cas, les armatures du béton
peuvent être dépassivées (c'est-à- dire en
cours de corrosion) ou se corroder à brève
échéance. Leur enrobage est alors physiquement
satisfaisant et ne comporte ni fissure ni délaminage. Mais, il
est alors opportun de ralentir, voire d'arrêter cette
corrosion.
Les méthodes qui peuvent être
proposées sont alors soit l'imprégnation du béton
par des produits hydrofuges ou des inhibiteurs, soit un traitement
électrochimique par protection cathodique,
ré-alcalinisation ou extraction des chlorures du béton
armé.
III -
Enrobage encore sain
Lorsque les armatures sont sous un enrobage sain
et que leur corrosion ne risque de s'amorcer qu'à moyen ou
long terme, il est parfois utile de les protéger par
imprégnation du béton
.
llustration : L'imprégnation du béton
se fait au rouleau, à la brosse ou par projection du
liquide
Des peintures et revêtements de diverses
épaisseurs peuvent aussi être appliqués sur le
béton pour améliorer la résistance de ce
matériau à la pénétration des liquides. Il
s'agit, par exemple, soit de revêtements à base de
résine époxydique ou de polyuréthane, soit de
mortier à base de liant hydraulique
modifié. |
|
I - Etat
actuel de la structure
I.1 -
Diagnostic de l'état de conservation
Le diagnostic de l'état de conservation d'un
ouvrage en béton armé, permet de caractériser
l'origine et l'étendue des désordres éventuels. En
général, ce diagnostic fait suite à une mise en
évidence de désordres, mais il est aussi demandé
dans différents cadres, tels que des travaux de
rénovation ou des inspections
régulières.
Par ailleurs, un diagnostic a des objectifs
multiples :
- identifier l'origine des corrosions des armatures,
- évaluer leur étendue, dans la structure,
- prédire leur évolution probable, dans le temps et dans
l'espace,
- estimer leurs conséquences sur la sécurité de
l'ouvrage ou des personnes
- définir les suites à donner.
Une visite préalable de la structure permet
d'émettre des hypothèses sur les causes possibles des
désordres, et ainsi de préciser les opérations
à effectuer, en tenant compte du fonctionnement de cette
structure. Le fonctionnement mécanique des différentes
parties d'une structure, est un point très important à
examiner. Cependant, il n'est pas développé
ici.
Un diagnostic concernant le béton armé
porte sur le béton d'enrobage, d'une part, et les armatures,
d'autre part. Il se fait dans le cadre d'une
inspection.
I.2 - Etat du
béton
Les qualités protectrices d'un béton
d'enrobage et son état de vieillissement sont
évalués par divers essais effectués sur site et qui
ne sont pas ou sont peu destructifs. Il s'agit des essais et
mesures suivants :
- mesures sur site de la perméabilité à l'air et
à l'eau du béton,
- mesures sur site de la résistivité électrique du
béton, en particulier pour localiser les zones humides ou
chargées en sels,
- éventuellement, mesures sur site de la cohésion
superficielle du béton,
- détermination de la profondeur de carbonatation, sur de
petits prélèvements de béton,
- détermination du profil de teneur en chlorure, sur des
prélèvements de béton.
I.3 - Etat des
armatures
L'état des armatures est
caractérisé par leur géométrie et par leur
condition de corrosion.
La géométrie des armatures concerne leur
section (diamètre), leur disposition dans le béton
(nombre de lits) et surtout l'épaisseur d'enrobage du lit
proche du parement. Cette épaisseur se détermine par
diverses méthodes non destructives.
L'état de conservation des armatures est
caractérisé par des mesures de potentiel
d'électrode, à l'aide de divers appareils. Cette
méthode permet de localiser les zones de
corrosion.
II -
Prévision de l'état futur des
armatures
II.1 -
Diagnostic de l'état de conservation
Les armatures commencent à se corroder,
lorsqu'elles sont au contact d'agents agressifs qui sont à des
teneurs supérieures à certaines valeurs critiques. Les
altération progressives du béton d'enrobage, qui
conduisent à la corrosion des armatures sont surtout la
carbonatation et la pénétration des
chlorures.
La pénétration des agents agressifs est
caractérisée par des essais et de calculs, qui sont
:
- les mesures de la perméabilité à l'air ou à
l'eau du béton en place,
- la détermination de la date où la carbonatation
atteindra les armatures,
- la détermination de la date où la concentration en
chlorures au niveau des armatures, atteindra une valeur critique
(teneur critique en chlorure).
II.2 -
Prévision de l'extension de la
corrosion
La corrosion des armatures se traduit par une
perte de section et une formation de produits de corrosion qui
peuvent gonfler et dégrader l'enrobage de
béton.
La vitesse de corrosion se détermine sur
site, à un instant donné, par des mesures de
résistance de polarisation ou des méthodes analogues
validées.
Pour calculer l'évolution de la dissolution,
une vitesse moyenne, caractéristique de la corrosion est soit
calculée à partir de la vitesse instantanée, soit
déterminée en utilisant la corrélation entre la
vitesse de corrosion des armatures et la résistivité du
béton d'enrobage. |
|
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|
- Arrêté du 4 août 2006 portant
règlement de la sécurité des canalisations de
transport de gaz combustibles, d'hydrocarbures liquides ou
liquéfiés et de produits chimiques du ministère de
l’économie, des finances et de
l’industrie. |
|
• NF EN
12068- Revêtements organiques extérieurs pour
la protection contre la corrosion de tubes en acier enterrés
ou immergés en rapport avec la protection cathodique –
Bandes et matériaux rétractables.
Norme publiée sous l’indice A 05 677 et sous le statut
de norme française homologuée en avril
1999.
• NF EN 12473 - Principes
généraux de la protection cathodique en eau de mer.
Norme publiée sous l’indice A 05 669 et sous le statut
de norme française homologuée en juin
2000.
• NF EN 12474 - Protection cathodique
des canalisations sous-marines.
Norme publiée sous l’indice A 05 671 et sous le statut
de norme française homologuée en septembre
2001.
• NF EN 12495 - Protection cathodique
des structures en acier fixes en mer.
Norme publiée sous l’indice A 05 670 et sous le statut
de norme française homologuée en mai
2000.
• NF EN 12499 - Protection cathodique
interne des appareils, réservoirs et tubes.
Norme publiée sous l’indice A 05 676 et sous le statut
de norme française homologuée en mai
2003.
• NF EN 12696 - Protection cathodique
de l’acier dans le béton.
Norme publiée sous l’indice A 05 668 et sous le statut
de norme française homologuée en juillet
2000.
• NF EN 12954 - Protection cathodique
des structures métalliques enterrées ou immergées
– Principes généraux.
Norme publiée sous l’indice A 05 662 et sous le statut
de norme française homologuée en avril
2001.
• NF EN 13173 - Protection cathodique
des structures flottantes.
Norme publiée sous l’indice A 05 673 et
sous le statut de norme française homologuée en avril
2001.
• NF EN 13174 - Protection cathodique
des installations portuaires.
Norme publiée sous l’indice A 05 675 et sous le statut
de norme française homologuée en avril
2001.
• NF EN 13509 - Techniques de mesures
applicables en protection cathodique.
Norme publiée sous l’indice A 05 661 et sous le statut
de norme française homologuée en octobre
2003.
• NF EN 13636 - Protection cathodique
des réservoirs métalliques enterrés et des conduites
associées.
Norme publiée sous l’indice A 05 614 et sous le statut
de norme française homologuée en décembre
2004.
• TS EN 14038 - Réalcalinisation
électrochimique et traitements d’extraction des
chlorures applicables au béton armé.
Partie 1 : réalcalinisation.
Spécification technique publiée sous l’indice A 05
679-1 et sous le statut de norme française homologuée en
janvier 2005.
• NF EN 14505 - Protection cathodique
des structures complexes.
Norme publiée sous l’indice A 05 663 et sous le statut
de norme française homologuée en juillet
2005.
• NF EN 15112 - Protection cathodique
des cuvelages de puits.
Norme publiée sous l’indice A 05 623 et sous le statut
de norme française homologuée en novembre
2006.
• NF A 05800 - Prestations de service
en protection cathodique.
Norme publiée en Mars 20
• Projet de
norme pr EN 14038-1
"
Réalcalinisation électrochimique et traitements
d'extraction des chlorures applicables au béton armé
Partie 1 : Réalcalinisation ".
|
|
Ouvrages à consulter
"La corrosion et
la protection des aciers dans le béton" par A.
RAHARINAIVO, G. ARLIGUI. CHAUSSADEN T, G. GRIMALDI, V.
POLLET, G. TACHÉ, Edition. Presses de l'École Nationale
des Ponts et Chaussées (ENPC), Paris, 1998
"La corrosion des
matériaux métalliques dans le bâtiment" par F.
DERRIEN, Edition. Centre Scientifique et Technique du Bâtiment
(CSTB), 1990
* Guide
«Réhabilitation du béton armé dégradé
par la corrosion» (2003)
L'objectif du groupe de travail AFGC/CEFRACOR a été
d'établir des recommandations pour guider dans le choix du
mode de réhabilitation le mieux adapté pour une structure
présentant de la corrosion, et ceci en fonction de
critères tels que le processus de dégradation
concerné, les caractéristiques du béton armé,
le milieu environnant, les contraintes et sujétions
rencontrés, etc...
Ce document s'adresse aux gestionnaires, maîtres d'ouvrages,
maîtres d'oeuvre, architectes, confrontés aux
problèmes de corrosion de structure ainsi qu'aux entreprises
de réparation, laboratoires de contrôle, applicateurs et
fournisseurs de produits concernés par la mise en oeuvre de
méthodes ou produits de
réhabilitation." |
|
(extrait du site de la société "CTTA" -
spécialisée dans l'expertise de la protection
cathodique)
La protection cathodique est la technique qui
permet de conserver dans son intégrité la surface
extérieure des structures en acier enterrées ou
immergées, en s'opposant au processus électrochimique
d'attaque du métal par le milieu ambiant, c'est- à-dire
la corrosion. Les canalisations acier constituent le champ
d'application principal de cette protection. Les réseaux en
acier, même anciens et dégradés, peuvent
bénéficier de cette technique dans des conditions
économiques admissibles
|
|
Un métal en contact avec un milieu
conducteur, eau ou sol, est le siège de réactions
électrochimiques appelées effet de pile. Ce
phénomène entraîne une dissolution du métal de
l'anode vers la cathode, c'est-à-dire de la canalisation vers
le milieu ambiant : c'est la corrosion ou oxydation. Deux moyens
complémentaires existent pour maîtriser cette
corrosion
|
|
Elle est constituée par le revêtement
extérieur dont le rôle est de créer un effet de
barrière électrique entre le métal des canalisations
et le milieu environnant. Ce revêtement ne constitue cependant
pas une protection absolue et définitive en raison des
imperfections ou blessures susceptibles de se produire lors de la
pose ou au cours de la vie de l'ouvrage. C'est pourquoi on
maîtrise ces risques potentiels par l'installation d'une
protection cathodique.
|
|
Elle consiste à amener par des moyens
extérieurs et artificiels l'ensemble de la surface
extérieure du métal à un potentiel suffisamment
négatif pour rendre le métal entièrement cathodique
et supprimer ainsi tout risque de corrosion extérieure. Le
critère de protection cathodique est la valeur du potentiel
au-dessous duquel l'acier ne peut se corroder. Pour l'acier
enterré ou immergé, le critère de protection est
mesuré avec une électrode de référence Cu/CuSO4
en contact avec le milieu situé au voisinage immédiat du
métal de - 850 mV. Ce n'est qu'à partir d'une certaine
valeur de courant que le potentiel nécessaire est
atteint.
Pour réaliser la protection cathodique des
canalisations enterrées en acier, il suffira donc
:
• soit de constituer une pile à l'aide
d'un métal plus électro- négatif que l'acier
(magnésium ou zinc) : c'est la protection par anode galvanique
(sacrificielle)
Principe : on crée un couple galvanique dont
la canalisation métallique sera la cathode de la pile et
l'anode un métal choisi pour son potentiel plus
électronégatif (magnésium, aluminium,
zinc).
• soit de les relier à une source
électrique convenablement connectée de manière que
l'acier devient la cathode du système et de vérifier que
le potentiel de cette cathode atteint bien le critère de
protection en tous points : c'est le courant imposé (ou
soutirage de courant)
Principe : l'abaissement de potentiel des
canalisations à la valeur voulue est obtenu en connectant le
réseau, en un ou plusieurs de ses points, au pôle
négatif d'une source électrique de courant
continu.
Le champ électrique se répartit dans le
sol, par la prise de terre ou déversoir.
Les électrons gagnent la canalisation et
pénètrent par leur surface latérale, cheminent
longitudinalement dans les conduites jusqu'à la connexion au
pôle négatif du redresseur.
Il en résulte un abaissement de potentiel
dans le réseau.
Cet abaissement de potentiel croît depuis les
extrémités du réseau les plus éloignées de
la connexion jusqu'au pôle négatif de l'alimentation pour
être au maximum au droit de celle-ci.
Il doit être suffisant pour que le
critère de protection soit partout atteint et
maintenu.
Ce type de protection est tout indiqué pour
la protection des grands réseaux et offre une grande souplesse
d'adaptation et de réglages.
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La protection cathodique complète de
manière absolue la protection passive du revêtement et
ceci quelles que soient les modifications de l'environnement des
conduites dans le temps :
• blessures des revêtements externes
dues à des travaux réalisés par des tiers au
voisinage de la conduite ;
• modification de la résistivité
du sol à la suite d’une pollution accidentelle, aux
variations du niveau des nappes phréatiques, ...
;
• nouvel environnement électrique de la
conduite tel que nouveau réseau sous protection cathodique
(gaz, pétrole, eau ...) ;
• ligne Très Haute Tension, tramway,
TGV, SNCF ;
• drainage de courants
vagabonds.
Pour un investissement minimum, l'exploitant d'une
canalisation sous protection cathodique pourra
régulièrement contrôler le niveau de potentiel
électrique de la conduite par rapport au milieu environnant
et, de ce fait, être alerté de toute dégradation
accidentelle ou modification de l'environnement de la conduite :
c'est la surveillance cathodique. Il assurera ainsi la
pérennité de son réseau et de son investissement :
c'est l'assurance vie du réseau.
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Le fascicule 71 « Fourniture et pose de
canalisations d'eau, accessoires et branchements » relatif aux
marchés publics de travaux passés au nom de l'État
en définit les modalités. Cette protection doit par
ailleurs faire l'objet de contrôles périodiques
réguliers destinés à s'assurer de son bon
fonctionnement et de son efficacité dans le
temps.
Arrêté du 4 août 2006 portant
règlement de la sécurité des canalisations de
transport de gaz combustibles, d'hydrocarbures liquides ou
liquéfiés et de produits chimiques du ministère de
l’économie, des finances et de
l’industrie.
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1) Points de
mesure
Ils sont destinés à contrôler le
potentiel d'une canalisation par rapport au sol. Le nombre de
points de mesure dépend de la configuration de
l'ouvrage.
2) Mesure de
potentiel
La mesure du potentiel des canalisations dans le
sol est indispensable pour contrôler l'efficacité de la
protection cathodique. Or, celles-ci étant assimilables à
des éprouvettes plongées dans un électrolyte, on
mesure le potentiel par l'intermédiaire d'électrodes de
référence. La conduite dans le sol constitue une
demi-pile que l'on associe à l'autre demi-pile,
l'électrode.
Les électrodes utilisées sont :
• électrode au calomel (laboratoire),
• électrode au sulfate de cuivre Cu/CuSO4 (couramment
utilisée),
• électrode au chlorure d'argent Ag/AgCl (eau de
mer),
• électrode au zinc (eau de mer).
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 La Détection de
Défauts de Revêtement de Canalisation est utilisée
sur des canalisations enterrées afin de localiser les
défauts du revêtement.1) La théorie
 Cette méthode
de recherche des défauts de revêtement de canalisation
repose sur la mesure du gradient de tension créé par un
défaut de revêtement (métal
apparent).La mise sous tension de la canalisation se fait
à partir du système de protection cathodique existant sur
la canalisation, ou bien à l'aide d'une injection
provisoire.
Cette méthode ne s'applique qu'aux
canalisations électriquement continues (canalisations en fonte
exclues).
2) Le matériel
• Emetteur : il permet la mise sous et hors
tension de la canalisation (fréquence 1 Hz).
• Cannes-électrodes : elles permettent de mesurer les
gradients de tension créés par les défauts de
revêtement.
• Récepteur : Il est constitué par un
voltmètre analogique à zéro
central.
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1. Eléments métalliques
