Fiche de révision : Pathologies et durabilité des bétons

📋 Plan du Cours

1. Mécanismes généraux de dégradation
2. Corrosion des armatures
3. Réaction alcali-granulats
4. Attaques sulfatiques
5. Dégradations par gel-dégel
6. Action des eaux agressives
7. Indicateurs de durabilité
8. Mesure des propriétés de transfert

📖 1. Mécanismes généraux de dégradation

📝 Points essentiels

📌 Les agents environnementaux interagissent avec le béton armé et provoquent des réactions chimiques, physiques ou physico-chimiques.

💡 Astuce mémo

Environnement → interactions → réactions chimiques, physiques ou physico-chimiques

📖 2. Corrosion des armatures

★ À maîtriser

• La corrosion des armatures suit une zone d’amorçage puis une zone de propagation, avec une augmentation du volume de corrosion au cours du temps.

• La carbonatation ou les chlorures abaissent la passivation de l’acier, dont le pH passe d’environ 13 à moins de 9, ce qui provoque son oxydation et la formation de rouille.

• La corrosion augmente le volume des produits de rouille, ce qui provoque une délamination, une fissuration puis un éclatement du béton.

• Les chlorures externes peuvent provenir notamment de :

  • embruns marins
  • sels fondants
  • eau de mer

📌 La dépassivation est favorisée lorsque le rapport $[Cl^-]/[OH^-]$ dépasse 0,6, soit environ 0,4 % de la masse du ciment, et peut provoquer une corrosion par piqûre.

Compléments

📐 Formule - La carbonatation transforme la portlandite selon la réaction $Ca(OH)_2 + CO_2 + H_2O \rightarrow CaCO_3 + 2H_2O$ et entraîne une réduction du pH.

• Un bon béton présente une faible profondeur de carbonatation, qui augmente avec l’âge du béton.

💡 Astuce mémo

Passivation → dépassivation → oxydation → rouille → fissuration

📖 3. Réaction alcali-granulats

🔑 Notions clés & Définitions

• Réaction alcali-granulats : Ensemble de phénomènes chimiques entre certaines formes réactives de silice, de silicates ou de carbonates des granulats et les alcalins, sodium et potassium, de la pâte de ciment.

★ À maîtriser

• Les conditions d’apparition sont :
  • granulats réactifs
  • alcalins
  • humidité supérieure à 80 %
  • température supérieure à 20 °C

• La formation d’un gel expansif crée des contraintes mécaniques internes qui dépassent la limite de traction en surface et provoquent des fissurations en maillage, appelées faïençage.

Compléments

• La réaction alcali-silice est le type de réaction alcali-granulats le plus courant et met en jeu de la silice réactive et des alcalins.

• La réaction alcali-granulats apparaît après plusieurs années, généralement entre 1 et 10 ans.

💡 Astuce mémo

Granulats réactifs + alcalins + humidité + chaleur → gel expansif

📖 4. Attaques sulfatiques

📝 Points essentiels

• Les sulfates agressifs peuvent être le sulfate de sodium, le sulfate de potassium, le sulfate de magnésium, le sulfate de calcium, la pyrite ou le gypse.

• Les sulfates réagissent avec la portlandite, $Ca(OH)_2$, pour former de l’ettringite secondaire, qui est un produit expansif.

💡 Astuce mémo

Sulfates + portlandite → ettringite secondaire expansive

📖 5. Dégradations par gel-dégel

★ À maîtriser

📌 La transformation de l’eau en glace s’accompagne d’un accroissement de volume de 9 %, générant des contraintes mécaniques dans le béton.

• Les cycles de gel-dégel imposent des contraintes mécaniques cycliques qui peuvent dépasser la contrainte limite de traction et dégrader le béton.

📌 Le gel interne provoque une microfissuration répartie dans la masse, tandis que les cycles gel-dégel provoquent un écaillage de la zone superficielle.

Compléments

📌 Un réseau de microbulles d’air créé par un adjuvant entraîneur d’air constitue le principe de protection contre le gel-dégel.

💡 Astuce mémo

Eau → glace (+9 %) → contraintes cycliques → fissuration

📖 6. Action des eaux agressives

★ À maîtriser

• Les zones d’exposition sont :

  • zone émergée
  • zone de marnage
  • zone immergée

• L’eau de mer peut provoquer la corrosion de l’acier et des fissures dues aux cycles gel-dégel.

• L’eau de mer peut provoquer une décomposition chimique du ciment ainsi que la pénétration du CO₂ et des chlorures dans le béton.

Compléments

• L’action des vagues, du sable et de la glace flottante provoque une abrasion physique du béton.

💡 Astuce mémo

Une coupe du littoral avec zones émergée, de marnage et immergée, soumises à CO₂, chlorures, vagues et glace

📖 7. Indicateurs de durabilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Béton poreux : Matériau poreux dont la porosité constitue un indicateur général de durabilité.

★ À maîtriser

📌 Les indicateurs généraux s’appliquent à tous les bétons, tandis que les indicateurs spécifiques concernent certaines dégradations du matériau dans son environnement.

Compléments

• La norme NF EN-206-1 concerne la spécification, la performance, la production et la conformité du béton.

💡 Astuce mémo

Porosité → absorption → résistivité → perméabilité → diffusion

📖 8. Mesure des propriétés de transfert

★ À maîtriser

• La mesure de l’absorption par remontée capillaire consiste à suivre dans le temps la prise de masse d’un échantillon sec à 105 °C dont une surface est en contact avec l’eau.

📐 Formule - La résistance électrique d’un échantillon vérifie $R = V/I$, et sa résistivité vérifie $\rho = R \times S/L$, où S est la surface et L la longueur de l’échantillon. - Sbartaï et al, J of Applied Geophysics, 2007

• La perméabilité du béton est mesurée à l’aide d’un perméamètre CEMBUREAU et permet de calculer une perméabilité apparente.

Compléments

• L’essai de résistivité électrique mesure la résistance d’un échantillon de béton saturé pendant 72 h dans une solution de soude, en injectant un courant entre ses deux faces.

• La diffusion des ions chlorure correspond à un transfert sous gradient de concentration dans le réseau de pores capillaires.

📊 Tableaux de synthèse

Principales pathologies du béton