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Les aciers utilisés dans le secteur du
bâtiment et des travaux publics comme dans celui de
l’industrie sont soumis à la corrosion.
L’industrie fait appel à de nombreux système de
protection. En revanche, le domaine du bâtiment et des travaux
publics à un éventail de solutions plus restreint par le
fait que les pièces à traiter sont souvent de grandes
dimensions.
Pour lutter contre
la corrosion des aciers, il existe plusieurs méthodes ([8]
Galland) :
-
La
première méthode consiste à rendre la surface
chimiquement inerte. La solution se traduit alors par la mise en
place de dépôts protecteurs (dépôts épais
avec des épaisseurs comprises entre 200 µm et 5 mm,
dépôts minces avec des épaisseurs inférieures
à 200 µm, diffusion
intermétallique) ;
-
La
deuxième méthode s’oriente vers la modification de
l’environnement en utilisant des inhibiteurs minéraux ou
organiques soit en phase liquide, soit en phase
vapeur ;
-
La
troisième méthode revient à rendre la surface
thermodynamiquement stable par l’utilisation de systèmes
de protection cathodique (protection cathodique à courant
imposé, protection cathodique par anode
soluble) ;
-
Enfin, la
dernière méthode consiste à rendre la surface
électrochimiquement plus noble en faisant appel à la
notion de passivation et à la protection
anodique.
La direction
d’action utilisée dans le domaine des ouvrages
d’art métalliques s’oriente vers la méthode
consistant à rendre la surface chimiquement
inerte.
Le fascicule 56 du
Cahier des Clauses Techniques Générales préconise
comme système de protection contre la corrosion des aciers sur
les ouvrages d’art métalliques, les procédés
suivants :
-
Application d’un système de peintures
sur acier nu ;
-
Application d’un système de peintures
sur acier grenaillé et pré-peint par traitement
automatique ;
-
Métallisation au pistolet sur acier nu suivi
d’une mise en peinture ;
-
Galvanisation à
chaud ;
-
Galvanisation à chaud suivie d’une mise
en peinture ;
-
Zingage
électrolytique.
Parmi ces procédés, il faut faire une
distinction entre les systèmes pouvant être
réalisés « in situ » et ceux
réalisés en atelier. La galvanisation à chaud et le
zingage électrolytique ne peuvent être
réalisées qu’en atelier et ces procédés
sont en général réservés aux superstructures
métalliques telles que les corniches, les glissières,
etc.
Le procédé
de protection contre la corrosion le plus utilisé sur les
ouvrages d’art métalliques est la mise en peinture sur
acier nu.
Avec les dispositifs décrits ci-après,
on peut dire sous forme de conclusion des procédés de
protection:
Grâce aux
évolutions des techniques de protection anticorrosion et aux
règlements en vigueur, les systèmes de protection ont des
durées de vie supérieures à vingt ans. Dans le
domaine des ouvrages d’art métalliques, le système
de protection anticorrosion le plus utilisé est la mise en
peinture sur acier nu. Les peintures actuelles ne sont pas exemptes
d’inconvénients notamment lors des réparations des
ouvrages et plus particulièrement lors des opérations de
décapage. Avec les nouvelles réglementations concernant
les déchets produits dans le secteur du bâtiment et des
travaux publics, les évolutions des prochaines années
vont porter sur le remplacement des formules actuelles des
peintures par formules moins polluantes, laissant plus de place aux
peintures en phase aqueuse. |
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Au cours du temps, les ingénieurs et les
techniciens responsables des ouvrages d’art métalliques
ont toujours eu le souci de rechercher les meilleures performances
anticorrosion avec un objectif de durabilité avant entretien.
Dans les années 30, un système de protection
anticorrosion avait une durée d’efficacité de douze
ans. Aujourd’hui, les évolutions des produits et des
systèmes permettent d’envisager une durée de vingt
ans sans entretien ([9] Daniel André, Jacques Fuchs, Guy
Maire).
Au début du
siècle, les systèmes de protection des ouvrages
d’art métalliques étaient
composés :
-
Des
couches de peinture à l’huile avec une couche primaire
au minium de plomb et des couches intermédiaires à
l’oxyde de fer micacé pour les parties
vues ;
-
Des
couches de brais de houille ou bien de bitume de pétrole pour
les parties non vues ;
-
Les
couches de finition étaient limitées au vert ou au
gris.
Certains
systèmes comportaient à cette époque,
jusqu’à cinq couches.
Au cours des
années 50, certains ouvrages ont commencé à donner
des signes de faiblesse notamment ceux soumis à des
atmosphères maritimes. La métallisation au zinc comme
couche de protection anticorrosion sous les couches de peinture
à l’huile, ne suffisait pas. Il fallait quand même
appliquer sur la métallisation, un système de peintures
composé de 4 couches. Dans le même temps, la
galvanisation apparaissait sur des pièces d’ouvrages
relativement de faibles dimensions.
Dans les années
60, les peintures à l’huile sont remplacées par les
peintures glycérophtaliques. Ces dernières ont permis un
entretien plus facile des ouvrages protégés par des
peintures à l’huile par le fait que ces deux familles de
peinture sont compatibles.
Dès 1965, les
peintures primaires riches en zinc viennent progressivement
remplacer les peintures primaires traditionnelles. Ces primaires
riches en zinc sont préférés à la
métallisation au zinc qui à l’inconvénient
d’avoir un coût de réalisation assez
élevé. Pour les parties non vues des ouvrages, les brais
d’époxydes ou vinyliques remplacent les brais de houille
ou le bitume de pétrole car ils offrent des films plus
adhérents, moins sensibles aux variations thermiques et une
meilleure durabilité.
Dès années
90 à nos jours, l’évolution des systèmes de
protection est liée aux nouvelles réglementations
concernant l’hygiène et la sécurité aussi bien
pour le personnel qui réalise les travaux que pour les
usagers, mais également pour
l’environnement.
Durant cette
période, les primaires riches en zinc ont évolué
avec une diminution du pourcentage de zinc dans la formule. Des
pigments inertes ont remplacé le zinc dans certains produits
donnant ainsi des systèmes de protection pauvres en zinc. Des
systèmes bicouches épais sans primaire ont vu le jour
afin de réduire les coûts de protection et les impacts
sur l’environnement lors des
décapages.
Les liants
époxydes ont également évolué afin de pouvoir
être appliqués sur les anciens fonds à base de
peinture à l’huile ou alkydes ou autres. Cela a permis
aussi d’avoir des systèmes à deux couches
plutôt qu’à quatre et à utiliser pour les
couches de finition, des polyuréthannes ou
acryle-polyuréthannes offrant une meilleure durabilité
par un choix de pigmentation adéquat. En outre, à la fin
des années 90, les formules à base de résines
silicones se développent de façon à
s’affranchir de la toxicité des résines issues de
la chimie organique. |
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Le type de protection ainsi que sa durabilité
dépendent essentiellement de la préparation des surfaces.
Le degré de soin de décapage dépend de la
rigidité de la tôle, mais également de
l’épaisseur des soudures. Ainsi, le fascicule 56 du
Cahier des Clauses Techniques Générales définit
trois catégories déterminant le degré de soin de
décapage :
-
Catégorie 1 : éléments
d’épaisseur ³8 mm pour deux faces
à protéger ;
éléments d’épaisseur ³6 mm pour une face
à protéger ;
-
Catégorie 2 : éléments
d’épaisseur ³4
mm ;
-
Catégorie 3 : éléments
d’épaisseur < 4 mm.
Les
éléments structuraux des ouvrages d’art seront
classés en catégorie 1, tandis que les équipements
de visites seront selon l’épaisseur classés en
catégorie 2 ou 3.
Le décapage
pour mise en peinture ou métallisation
Pour les ouvrages
neufs, l’abrasif doit être projeté sur les surfaces
par voie sèche. Le grattage, le piquage, le brossage ne sont
admis que pour les éléments de catégorie 3. En
effet, pour ces éléments, la projection d’abrasif
pourrait les déformer. Il faut distinguer les opérations
de décapage réalisées en atelier de celles
réalisées in situ.
Le décapage en
atelier
Le décapage est
effectué par « grenaillage ».
L’abrasif est constitué de grains d’acier ou de
fonte de formes sphériques et angulaires. Il est projeté
soit par l’effet mécanique d’une machine rotative,
soit par jet d’air comprimé.
La qualité de
la préparation requise préconise la proportion entre les
grains anguleux et les grains sphériques, mais également
leur grosseur. Après utilisation, la grenaille est
recyclée.
Le décapage sur le
chantier
Le décapage sur
le chantier est réalisé par abrasif non recyclé.
Pour cela, l’abrasif utilisé est du laitier de haut
fourneau, des silicates d’alumine naturels ou artificiels. La
projection d’abrasif est réalisée par jet
d’air comprimé. Ce mode de décapage est encore
appelé « sablage » car durant de
nombreuses années, l’abrasif utilisé était du
sable. Pour des raisons de santé, un décret du 6 Juin
1969 a interdit l’utilisation de sable contenant plus de 5 %
de silice libre.
La qualité
de préparation d’une surface
La qualité de
préparation d’une surface est définie par le
degré de soin de décapage et par la classe de
rugosité de la surface.
Le degré de
soin est exprimé par la norme internationale ISO 8510 :
évaluation visuelle de la propreté du
subjectile.
Le fascicule 56 du
Cahier des Clauses Techniques Générales fixe la valeur
nécessaire en fonction du système de protection et de la
durée de vie. Les systèmes de peinture de catégorie
A nécessitent un sablage SA 2 ½ ou SA
3.
La fiche technique
du fabricant de peinture ou la fiche de certification du
système de peintures va permettre de faire un choix entre ces
deux valeurs.
La classe de
rugosité est quant à elle fixée par la norme NF EN
ISO 8503 : caractéristiques de rugosité des
subjectiles d’acier décapés. La classe exigée
est fixée par la fiche de certification ou la fiche technique
du fabricant de peinture. La classe nécessaire est alors la
classe « moyen G ».
Ces
caractéristiques nécessaires sont obtenues en jouant sur
la durée de l’opération, la forme, la
granulométrie et la dureté des grains
d’abrasif. |
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La mise en peinture d’un ouvrage est
généralement réalisée en partie en atelier puis
en partie sur chantier.
Les
opérations d’atelier
Les sous-ensembles
d’ouvrage achevés sont décapés,
dépoussiérés à l’air comprimé. A
partir de cet instant, dès que les conditions
hygrométriques le permettent, la première couche doit
être appliquée dans un délai assez court afin
d’éviter un début de corrosion qui serait nuisible
à l’adhérence de la peinture. Après
séchage de la première couche, il est possible, si les
conditions hygrométriques le permettent, d’appliquer la
deuxième couche.
Les
opérations sur chantier
La couche de
finition est quant à elle appliquée in situ lorsque
toutes les opérations de montage et d’assemblage
susceptibles de provoquer des détériorations, sont finies
et que l’ouvrage est terminé. Sur chantier, le
relevé des conditions hygrométriques et de
température avant chaque application de peinture est
nécessaire afin de déterminer le point de rosée.
L’application de la peinture ne peut se faire que si la
température du subjectile est supérieure à la
température du point de rosée afin de ne pas favoriser
l’apparition de condensation sur le support en
acier.
Les modes
d’application de la peinture
Les peintures
peuvent être appliquées à la brosse ou par
pulvérisation avec un pistolet. Pour certaines peintures trop
fluides, la brosse ne convient pas. La pulvérisation peut
être effectuée par divers
procédés :
-
Procédé pneumatique (pistolet à
air) : la pulvérisation est obtenue par un jet
d’air comprimé, suivant le même principe que les
vaporisateurs ;
-
Procédé « airless »
(pistolet sans air) : la peinture est soumise à une
pression élevée à l’aide d’une
pompe ;
-
Procédé
« airmix » : ce système utilise
complémentairement les deux principes
précédents.
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Le constructeur peut commander au
sidérurgiste des produits grenaillés pour réaliser
des pièces de l’ouvrage. Le décapage à
effectuer par le constructeur de l’ouvrage est alors
allégé. En effet, la calamine créée lors du
laminage a été éliminée lors du grenaillage
effectué par le sidérurgiste. Il est également
possible de la part du constructeur de commander des aciers
grenaillés et pré- peints. Une couche de peinture assez
mince est déposée sur les produits après grenaillage
par une chaîne automatique de peinture. Cette couche de
peinture permet de protéger pendant quelques mois,
l’acier de la corrosion. Cependant, le constructeur utilisant
ces produits grenaillés et pré-peints automatiquement
doit enlever cette protection par un décapage
général et effectuer une mise en peinture sur acier
nu.
Lors du traitement
de grenaillage et de pré-peinture, les produits traversent
successivement un four de préchauffage, un poste de
grenaillage et une cabine de peinture. Dans le four de
préchauffage, l’élévation de température
à pour but d’assécher les aciers, de
décalaminer les surfaces par l’intermédiaire de
chocs thermiques et enfin, d’augmenter la température de
surface des produits pour un séchage rapide des peintures. Les
produits sidérurgiques sont soumis aux actions des turbines
projetant les grenailles. Ces dernières et les oxydes
pulvérulents sont aspirées de façon à
dépoussiérer les surfaces. En outre, les grenailles sont
recyclées. Après grenaillage, les produits sont
recouverts au moyen de pistolets automatiques par une couche de
peinture antirouille appelée aussi peinture primaire
d’atelier. La peinture est déposée sur une surface
dont la température est de l’ordre de 40 °C.
L’épaisseur du film déposé est de
l’ordre de 15 µm. La peinture primaire d’atelier
est en général une peinture riche en zinc à liant
époxydique. Cette peinture riche en zinc peut parfois
être remplacée par une peinture riche en zinc à
liant silicate ou d’oxyde de fer.
L’intérêt
d’industrialiser ce procédé de mise en peinture sur
acier grenaillé et pré-peint par traitement automatique
est provenu du décret interdisant l’utilisation
d’abrasifs contenant plus de 5 % de silice libre dans les
opérations de décapage. En effet, ce décret a
réduit considérablement les possibilités de
décapage des pièces sur chantier ([10] D. André et
M. Persy).
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La
métallisation
La métallisation consiste en la projection
à l’aide d’un pistolet, d’un métal en
fusion sur la surface à protéger. Le métal
projeté est du zinc, de l’aluminium – zinc ou de
l’aluminium afin d’assurer la protection cathodique de
l’acier en se dissolvant préférentiellement par le
fait que ces métaux d’apport sont plus
électronégatifs que l’acier.
Une attention
particulière doit être apportée à la
préparation des pièces : absence d’oxydes, de
salissures en surface, une rugosité suffisante de façon
à permettre une adhérence suffisante à
température ambiante du métal projeté. La projection
du métal en fusion sur le support en acier, donne un
revêtement poreux qui nécessite une protection
complémentaire par un système de peintures pour
éviter une consommation trop rapide du métal
d’apport.
Le fascicule 56 du
Cahier des Clauses Techniques Générales préconise
des épaisseurs minimales de métallisation suivant le
métal d’apport :
-
120
µm pour le zinc et l’alliage de zinc – aluminium
85 – 15 ;
-
200
µm pour l’aluminium.
La mise en
œuvre d’une métallisation avec peinture
nécessite les mêmes conditions de réalisation que la
mise en peinture. Après sablage avec un degré de soin SA
3 et une classe de rugosité « moyen G »,
la métallisation doit avoir lieu dans un délai compris
entre 2 et 6 heures suivant l’hygrométrie du milieu
environnant. La première couche de peinture appelée
« bouche - pore » évite les actions
agressives de l’humidité et des agents corrosifs sur le
revêtement métallique.
Les tôles
obtenues par oxycoupage subissent une trempe superficielle autour
de la zone de découpe. L’acier est alors durci. Ainsi,
les techniques de décapage ne donnent pas des résultats
suffisants en ce qui concerne la rugosité. Une solution
consiste à meuler ces surfaces pour éliminer ces zones
affectées thermiquement. Une autre solution consiste alors
à recouvrir ces zones par un système de peintures sans
métallisation qui permettra d’obtenir une meilleure
adhérence.
La galvanisation à
chaud
La galvanisation
à chaud est un procédé qui consiste en
l’immersion des pièces d’acier dans un bain de
zinc en fusion à 450 °C. A cette température, il se
forme des couches d’alliages entre le fer et le zinc puis en
dernier, une couche de zinc pur en surface qui offrent une
très bonne protection au cours du temps.
Pour les
éléments de tablier des ouvrages, le fascicule 56 du
Cahier des Clauses Techniques Générales préconise un
dépôt minimum de zinc de 700 g/m2 par
face.
La mise en peinture
d’une galvanisation va augmenter la durabilité du
revêtement. Cependant, cette mise en peinture de ce
revêtement ne peut se faire qu’en respectant quelques
conditions :
-
Après mise en peinture des pièces
galvanisées, ces dernières ne doivent ni être
découpées, ni être
usinées ;
-
Les
pièces doivent être dégraissées avant la mise
en peinture ;
-
Un
dérochage chimique des surfaces à traiter est en principe
à réaliser selon les essais de certification, les fiches
de certification et celles des fabricants ;
-
Un
dérochage mécanique qui consiste à projeter un
abrasif, doit être également réalisé de
façon à augmenter l’accrochage du système de
peintures sur l’acier
galvanisé ;
-
Enfin,
pour les zones où la galvanisation ne peut jouer pleinement
son rôle, il est nécessaire après élimination
de l’oxydation, d’appliquer un primaire de
réparation recouvert par la suite de deux couches de finition
définissant ainsi un système complet de
peinture.
Le zingage
électrolytique
Le zingage
électrolytique consiste à faire passer un courant dans
une solution d’un sel de zinc en plaçant la pièce
à l’anode. Des cations de la solution quittent la
cathode et vont se déposer sur la pièce à zinguer.
Le zinc consommé à la cathode lors du dépôt
(par réduction des ions Zn2+) est
régénéré à l’anode par dissolution
(oxydation du zinc en ions Zn2+). Le zinc peut se
déposer sur l’acier car la surtension du
dihydrogène sur l’acier est importante. En début
d’électrolyse, le zinc se dépose simultanément
avec un dégagement de dihydrogène, ce dernier cessant
dès que le zinc recouvre totalement l’acier, la
surtension du dihydrogène sur le zinc étant encore plus
élevée que sur l’acier. L’épaisseur de
zinc déposé est en général de quelques dizaines
de micromètres. Contrairement à la galvanisation à
chaud, il ne se forme pas d’alliages à l’interface
acier – zinc. |
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1. Eléments métalliques
