Chapitre I. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

Transcription

1 Chapitre I. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

2 20

3 Introduction L objectif de ce chapitre est de dresser un état des lieux des connaissances sur la dégradation du béton et sur la corrosion des armatures en acier doux enrobées dans les milieux cimentaires dégradés. De nombreux facteurs, principalement d origines physico-chimique, mécanique et thermique, interviennent avant la ruine de l ouvrage en béton armé par la corrosion de ses armatures. Dans ce travail, on s intéressera tout particulièrement à l évolution physicochimique du système acier/béton. Dans la première partie de ce chapitre, nous présenterons les différents types de lutte contre la corrosion de ces aciers. Nous discuterons les processus de phosphatation et nous justifierons le choix de cette technique comme type de traitement pour les armatures de béton. La deuxième partie du chapitre est consacrée à la description des processus qui sont la cause d altération chimique de l enrobage cimentaire. Dans la dernière partie de ce chapitre, des données expérimentales concernant le comportement à la corrosion de l acier doux enrobé de béton et la nature des produits de corrosion relevés dans un milieu carbonaté sont présentées. 21

4 I.1. La phosphatation des métaux I.1.1. Qu est que ce la phosphatation? La phosphatation est un procédé de revêtement rapide, facile à mettre en oeuvre et peu coûteux. Elle consiste en la réalisation de revêtements de différents composés contenant des phosphates afin d améliorer la résistance à la corrosion, la durabilité des liaisons peinture/métal, les frottements entre les pièces mobiles (boîtes de vitesse des automobiles), etc. Elle est réalisée par contact de la surface à traiter avec une solution aqueuse et acide de sels métalliques (fer, zinc, manganèse, chrome ). La phosphatation est applicable à tous les aciers non alliés (non passivables), aux fontes, aux aciers revêtus de zinc ou de cadmium *, aux alliages de zinc et à certains alliages d aluminium [CHE-06b], [YIN-95]. Une phosphatation légère (1 à 2 µm d épaisseur) est surtout utilisée comme base d accrochage pour les peintures (bonne adhérence et protection contre la corrosion sous peinture) et pour faciliter les déformations plastiques à froid. Une phosphatation plus épaisse (> 10 µm), avec imprégnation d huiles ou de produits gras inhibés, est efficace contre la formation de la rouille [GUE-80]. L utilisation d accélérateurs oxydants (NO - 3 -NO - 2, ClO - 3 -NO - 3, ClO - 3 ), de catalyseurs et d affineurs (Ni 2+, F - ) a permis de faire un grand pas dans ce domaine en réduisant les temps de traitement et en abaissant la température d utilisation tout en diversifiant la nature des couches de phosphate (Fe ; Zn ; Zn-Ca ; Zn-Mn ; Zn-Fe ; Mn ; Mn-Fe) et en modifiant l épaisseur de ces dernières (10,5 à 0,25µm) [ARN-88], [BOS-03], [BIK-03], [MIL-94], [SIN-02], [SYL-05], [ZHA-02]. I.1.2. Les différents types de phosphatation Il existe deux types de phosphatation: la phosphatation amorphe et la phosphatation cristalline, qui se font soit par immersion, soit par aspersion. * Remarque : l emploi des aciers cadmiés est maintenant très limité car réglementé. 22

5 I La phosphatation amorphe Ce type de phosphatation a été dénommé dégraissage-passivation ou plus récemment phosphatation amorphe au fer par opposition à la phosphatation cristalline au zinc. Cette technique est principalement utilisée par aspersion dans le but de préparer les surfaces métalliques à la mise en peinture, mais les propriétés d anticorrosion sont médiocres. Dans le cas de l immersion, il faut généralement procéder à un dégraissage préalable [KOU-04a] et à un post traitement de passivation de type chromique (composé fer/ chrome à structure de spinelle qui joue le rôle d inhibiteur de corrosion). Les couches obtenues, essentiellement composées de vivianite Fe 3 (PO 4 ) 2 *8H 2 O et d oxyde de fer Fe 2 O 3, sont souples et présentent une bonne aptitude à la déformation ainsi qu un niveau d adhérence maximal sur le substrat. Ceci permet d appliquer une peinture ou un vernis sur un support devant présenter des hautes caractéristiques de résistance aux chocs ou au pliage. Les mécanismes qui interviennent dans la phosphatation-passivation des aciers sont différents de ceux généralement admis pour la phosphatation cristalline. D après Lorin [LOR-73], on assiste à la formation transitoire d une couche passive d oxyde de fer (pouvant contenir FeO, Fe 2 O 3 ), qui est ensuite transformée en phosphate selon la réaction : Eq.I. 1 2H 2 PO FeO Fe 3 (PO 4 ) 2 + H 2 O + 2OH - La formation d ions OH - nécessite la stabilisation du ph du bain par l ajout d un correcteur contenant de l acide orthophosphorique ou des acides organiques. Le poids du revêtement varie de 0,5 à 1 g/m 2 en fonction du temps de traitement, de la température, de la composition du bain et de l état de surface du métal. Les épaisseurs, difficilement mesurables, sont estimées entre 0,2 et 0,8 µm. Les couleurs des revêtements vont des tons grisâtres au bleu très soutenu en passant par bleu clair, bleu vert, violacé etc. I La phosphatation cristalline La fonction principale de la phosphatation cristalline est l anticorrosion. Le métal support est isolé contre les agents atmosphériques responsables de la corrosion par la présence des couches de cristaux de phosphates mélangés. Ces derniers réalisent un bon ancrage de la peinture grâce aux interstices inter cristallins [BOU-94]. 23

6 La phosphatation cristalline au zinc fait l objet de notre travail. Pour cette raison une étude bibliographique plus approfondie des mécanismes a été effectuée. I.1.3. Les solutions phosphatantes Les solutions phosphatantes sont des solutions aqueuses très diluées contenant de l acide phosphorique H 3 PO 4, des ions accélérateurs, des oxydants minéraux (NO - 3, ClO - 3, ) ainsi que des catalyseurs (Ni, Cu ) [AKH-06]. Chaque composant du bain a un rôle particulier : les nitrates accélèrent la formation du revêtement et réduisent la taille des cristaux [DON-00]; les ions nickel diminuent la taille des cristaux [LOR-73]; le phosphore augmente la porosité du film de phosphates de zinc [SYL-04]; les ions Zn 2+ permettent la formation d un film alcalin [LOR-73]; les fluorures dans le bain phosphatant augmentent le nombre de germes (sites cathodiques) et réduisent la taille des cristaux, d où la formation d une couche plus homogène et plus compacte à la surface de l alliage [CHE-06a], [ [KOU-04a], [YIN-95]. I.1.4. Les différentes étapes de la phosphatation La gamme de travail suppose : 1) un nettoyage-dégraissage de la surface à l aide de solvants organiques avec un ph variant de 7 à 14 [BUR-98], [CHE-06a], [MAN-06]; 2) un décapage en milieu acide (acides sulfurique, chlorhydrique, fluorhydrique ou phosphorique) au cas où la surface du métal est oxydée [CHE-06b], [MOK-92], [LOR-73]; 3) le traitement phosphatant proprement dit; 4) un traitement final pour augmenter la qualité de la couche, à effectuer avant toute autre intervention sur le métal phosphaté (par exemple mise en peinture ou enrobage d armature) [ZIM-05]. Le rinçage s effectue dans un premier temps en eau renouvelée, puis en eau chaude pour accélérer le séchage ultérieur. Au cours de notre étude, nous nous intéresserons uniquement à la phosphatation par immersion. Dans ce cas, les temps de dégraissage et de phosphatation sont plus longs, mais le revêtement obtenu est plus compact [SAH-87]. 24

7 I.1.5. Les mécanismes de la phosphatation Le métal, immergé dans un bain phosphatant généralement porté à une température comprise entre 40 et 100 ºC, est attaqué par les constituants acides du bain, notamment l acide phosphorique libre. Une faible dissolution du métal entraîne un dépôt de phosphates au bout d une durée de contact d autant plus courte que le milieu est oxydant. Malgré la complexité des mécanismes de phosphatation plusieurs auteurs ont tenté d expliquer les réactions mises en jeu [LI-04], [LIA-06], [SIN-02], [ZIM-03], [ZIM-05]. Ils ont montré l existence de trois phénomènes fondamentaux intervenant lors du processus de phosphatation: 1) l attaque initiale du métal par les acides libres présents dans le bain; 2) le comportement des accélérateurs oxydants vis-à-vis du métal en cours d attaque; 3) la germination des premiers cristaux et la croissance de la couche de phosphate. 1) L attaque du métal Lorsque le métal est immergé dans le bain, il se produit la réaction suivante : Eq.I. 2 Me 0 + xh 3 O + Me x+ + (x/2) H 2 + xh 2 O Le métal, initialement à la valence 0, subit une oxydation jusqu au degré de valence x. Selon l acidité libre H 3 O + du milieu, la réaction se produit plus ou moins rapidement. La dissolution du métal doit se faire à vitesse modérée pour permettre la neutralisation et la saturation de la surface. L acide phosphorique La stabilité du ph des solutions phosphatantes tient à la nature chimique particulière de l acide ortophosphorique et de ses dérivés. Cet acide présente en effet une aptitude à se régénérer dans des conditions d oxydoréduction bien déterminées (Figure I. 1). Il manifeste deux particularités intéressantes: 1) il peut donner facilement des complexes, en particulier avec les éléments de transition comme le fer (phosphates ferreux (solubles) - phosphates ferriques (insolubles)); 3-2) la structure tétraédrique de l ion PO 4 dont la configuration spatiale est un élément déterminant de la nature des cristaux élémentaires formés à la surface du métal. 25

8 + H 3 PO 4 (libre) Phosphate solubles Métal à phosphater + Oxydoréduction et/ou hydrolyse H 3 PO 4 (régénéré) Phosphate insolubles Boues Figure I. 1 : Régénération systématique de H 3 PO 4 dans les solutions phosphatantes [LOR-73]. Acidité libre Par convention, l acidité libre (AcL) représente la quantité (en ml) de solution molaire de soude qui, ajoutée à une prise de bain, fait virer la teinte d un indicateur coloré pour une zone de ph située autour de la valeur 3,8. Elle correspond à la quantité de soude nécessaire pour faire passer l acide phosphorique libre, contenu dans le prélèvement, à l état de phosphate monosodique. Eq.I. 3 H 3 PO 4 + NaOH NaH 2 PO 4 + H 2 O Mesurer l acidité libre d un bain, c est donc connaître, en valeur relative, sa concentration en acide phosphorique libre, responsable de l attaque des métaux à phosphater. Acidité totale (concentration totale) L acidité totale (AcT) représente la quantité (en ml) de solution de soude molaire qui, ajoutée à une prise de bain, fait virer la teinte d un indicateur pour une zone de ph située autour de la valeur 8,2. La quantité de soude à ajouter est double de celle retenue pour la mesure de l acidité libre, puisque l acide phosphorique libre passe à l état de phosphate disodique. 26

9 Eq.I. 4 H 3 PO 4 + 2NaOH Na 2 HPO 4 + 2H 2 O Il intervient également un ensemble de réactions de double décomposition entre les sels constitutifs du milieu phosphatant et la soude caustique. Par convention encore - la prise de bain représente généralement 10 ml, - le plus souvent une solution décimolaire de soude est utilisée, - l acidité est exprimée en points. Le point est une unité arbitraire équivalente au ml. Rapport d acidités Les acidités totale et libre influencent la formation de la couche de phosphate. Ces deux paramètres étant deux caractéristiques importantes d un bain phosphatant. Soit r le rapport de ces deux acidités (Eq.I. 5): Eq.I. 5 r = acidité totale acidité libre On a constaté du point de vue de la qualité des résultats obtenus en phosphatation que l on obtient un revêtement homogène et adhérant au métal de base lorsque les valeurs du r (I.5) sont compris: - r = 6 à 8 pour le traitement par immersion; - r = 15 à 25 pour le traitement au jet [LOR-73]. 2) L accélération des bains de phosphatation des métaux Les accélérateurs favorisent la formation de la couche de phosphates soit en freinant le dégagement de H 2, soit en transformant les composés réducteurs. Ainsi les ions Fe 2+ produits par l attaque du métal sont oxydés en ions Fe 3+ puis sont précipités sous forme de phosphates tertiaires FePO 4 insolubles. Le taux de phosphate de fer dans la couche finale est réduit selon la réaction Eq.I. 6: 27

10 Eq.I. 6 4 Fe( H 2PO4 ) 2 + O2 4FePO4 + 4H 3PO4 + 2H 2O Agissant en milieu acide, les accélérateurs obéissent à la réaction d oxydo-réduction très classique Eq.I. 7: Eq.I. 7 Oxydant + xe - H + Réducteur Les accélérateurs les plus utilisés sont les chlorates, les nitrates et les nitrites [BUR-98], [KOU- 04a], [LOR-73]. Les chlorates L ion ClO - 3 est un oxydant fort et sa vitesse de réduction est grande, même à des températures moyennes de l ordre de 50 à 60 C. Introduit généralement dans le bain phosphatant sous forme de chlorate de sodium, il est rapidement transformé en chlorure. Toutefois, s il est très efficace en tant qu accélérateur, il présente par contre le défaut de conduire à la libération croissante d ion Cl -, élément défavorable en anticorrosion [MOK-92]. Les nitrates-nitrites L élément nitrite est présent dans la solution soit parce qu il a été introduit, en général sous forme de sel de sodium, soit parce qu il se forme à partir de nitrate. C est donc l élément nitrate qui joue le rôle essentiel d accélération. Il est présent dans le bain phosphatant sous forme de sels métalliques tels que ceux de sodium, zinc, nickel, manganèse, calcium, ammonium, etc. D après [LOR-73], l accélération par les nitrates métalliques provoque leur réduction en une suite de composés intermédiaires : Eq.I. 8 NO - 3 NO - 2 NO N 2 O N 2 NH + 4 Seul l équilibre (I.9) présente un caractère fondamental. Eq.I. 9 NO NO 2 NO 28

11 Ainsi, le nitrite (NO - 2), élément fugace produit lors de la réduction du nitrate (NO - 3) au niveau des zones polarisées par attaque du métal, conduit : 1) soit à l oxydation, par exemple, des ions ferreux apparus dans la solution (Eq.I. 10): Eq.I. 10 Fe +2 e - Fe +3 2) soit à l oxydation et à la passivation du métal par la formation d une faible couche d oxyde en surface; 3) soit à la dépolarisation de la surface métallique en particulier au niveau des zones à forte densité électronique ; 4) soit enfin à la régénération de l élément nitrate par dismutation (Eq.I. 11) : Eq.I. 11 3NO NO 3 + 2NO + O 2- Dans ces conditions le bain phosphatant accéléré aux nitrates est le siège des réactions chimiques multiples et complexes. 3) Formation et croissance de la couche phosphatée Les études sur la composition des couches de phosphates [DON-00] montrent qu elles sont composées pour la plupart de phosphates métalliques tertiaires. Or, le matériau constituant à l origine la solution phosphatante est un phosphate primaire soluble. Il en résulte l équation fondamentale caractéristique aux équilibres propres à tous les bains phosphatants : Phosphate tertiaire (insoluble) Phosphate primaire (soluble) Cet équilibre n est déplacé que par la libération ou l absorption d acide phosphorique libre. Dans le cas du traitement d un acier dans un bain de phosphatation au zinc, l équation fondamentale est la suivante: Eq.I. 12 3Zn(H 2 PO 4 ) 2 Zn 3 (PO 4 ) 2 + 4H 3 PO 4 29

12 On constate que le taux de phosphate déposé sur un métal est fonction du rapport d acidités r (Eq.I. 5). Si ce rapport est trop faible, on a une attaque excessive du substrat empêchant la formation du dépôt de phosphate. Dans le cas contraire (rapport trop élevé), on a une attaque insuffisante du métal, entraînant une réduction de la germination et de la croissance de la couche. Le fonctionnement du bain phosphatant est donc sous la dépendance des facteurs suivants : - la température de la solution et le ph; - la concentration en acide phosphorique libre; - la concentration totale en phosphates sous forme libre ou combinée [LOR-73], [GUE-80]. I.1.6. Caractéristiques de couches phosphatées I La structure de la couche de phosphatation Le revêtement phosphaté croît dans diverses directions suivant des orientations épitaxiales par rapport à l édifice primaire, voire par rapport à la structure superficielle du substrat métallique [MIL-94]. Cas de la «phosphatation au zinc et nickel» L association zinc-nickel permet d obtenir des revêtements à structure particulièrement homogène sur acier, acier électrozingué ou galvanisé et parfois sur aluminium [CRA-03]. Le nickel joue le rôle de catalyseur de germination et participe à l édification des sous-couches. [BUR-98], [TOM-04], [ZIM-03]. Cas de la «phosphatation au zinc» des fers, fontes, aciers Dans le cas d une phosphatation au zinc de l acier, les constituants de la couche sont : Phosphophyllite Zn 2 (Fe +2 )(PO 4 ) 2 *4H 2 O: phosphate mixte hydraté cristallisant dans le système monoclinique [ZHA-02]. Hopéite Zn 3 (PO 4 ) 2 *4H 2 O: phosphate tertiaire de zinc cristallisant dans le système orthorombique [ARN-88]. Huréaulite de fer (Fe) 5 H 2 (PO 4 ) 4 *4H 2 O [WEN-96]. 30

13 Si le bain ne contient pas ou peu de fer, la structure est constituée principalement d hopéite avec de faibles proportions de phosphophyllite [LI-04], [PSY-90]. La phosphophyllite n apparaît qu en présence des ions fer [CAS-01], [FRO-04], [GUE-99], [FLI-01]. Les cristaux de phosphates de zinc croissant sur acier conduisent en effet à deux types de structure : - en plaque dans des plans grossièrement parallèles à celui du substrat métallique; - en aiguille suivant des orientations perpendiculaires aux précédentes. Les plaques contiennent généralement plus de fer que les aiguilles. I Poids des couches La maîtrise d une valeur optimale du poids des couches, adaptée à chaque cas particulier, est un souci permanent en activité industrielle. En effet, le poids de la couche dépend de la composition cationique (Fe +2, Zn +2 ) et anionique du bain phosphatant [BUR-98], [TOM-04], de la quantité de nickel introduite dans le bain (accroissement du poids de la couche jusqu à 20%) [LOR-73], du temps de traitement, de la température et de la concentration du bain, notamment en phosphates totaux [LIA-06], [NIU-06], [SIN-02]. Une concentration croissante en ions PO -3 4 favorise le déplacement ionique vers la surface métallique et la saturation au niveau de l interface métal/bain. Le rapport poids / épaisseur de la couche est très variable. Il est fonction de la nuance de l acier sur lequel est effectué le revêtement. En effet, la vitesse de dissolution de l acier détermine la vitesse de phosphatation car l étape critique de la réaction est l attaque acide du métal dans les premiers instants de contact avec la solution phosphatante [GUE-80]. Le rapport poids / épaisseur dépend également de la préparation de la surface (dégraissage, décapage, activation avec solution à base de Ti): la présence de carbone et de fer inhibe la fixation de colloïdes de Ti lors de l affinage, diminuant ainsi le nombre des germes de phosphates et conduisant à la formation des gros cristaux [KOU-04a], [ZIM-03], [ZIM-05] [WOL-01]. D autres paramètres interviennent aussi: la teneur en Fe 2+, la température du bain et la concentration des différents éléments [SHO- 97]. L évaluation de la quantité de phosphates déposée sur la surface de l échantillon peut être étudiée par des techniques non destructives, comme la spectrométrie, [MOL-97] ou par des techniques destructives, comme l immersion dans une solution qui dissout complètement le 31

14 revêtement. Ainsi, la perte de poids avant et après la dissolution du revêtement donne une estimation de la quantité de phosphates déposés sur l échantillon [SIN-02] [ZIM-05]. La structure des revêtements de phosphates inorganiques dépend principalement du poids du film [LOR-73]. Généralement, les revêtements légers (0,2 1,4 g/m²) ont une structure amorphe, tandis que ceux ayant une densité plus élevée (1,4 à 30 g/m²) ont une structure cristalline. Les films de phosphatation à moyen (1,4-7,5 g/m 2 ) et haut poids de couche (7,5-30 g/m 2 ) possèdent généralement une structure cristalline [WEN-96]. I Porosité Elle dépend de plusieurs facteurs: poids du revêtement, morphologie cristalline, composition chimique de la solution phosphatante et méthodes de traitement de la surface de l échantillon [SHO-97], [YIN-95]. La porosité débouchante peut être définie par le nombre total de pores par unité de surface de l échantillon en contact avec le milieu (surface réelle du substrat exposée au milieu d étude) [CRE-97]. Les pores peuvent être macro et/ou microscopiques ou même submicroscopiques (selon la structure cristallographique du revêtement). Différentes techniques ont été développées pour déterminer ce paramètre. Les méthodes qualitatives sont basées sur une réaction chimique entre le substrat et un agent agressif [SHO-97]. Les méthodes semi quantitatives, basées essentiellement sur des observations visuelles (forme et taille des pores) par microscopie optique ou par microscopie électronique à balayage. Les méthodes quantitatives sont basées sur l étude du comportement électrochimique du revêtement et du substrat dans un milieu donné. Cependant ces techniques ne sont applicables que si le revêtement est cathodique (le potentiel du substrat est moins noble que celui du revêtement) [CRE-00]. I Résistance Alcali La résistance Alcali ou la stabilité en milieu alcalin du revêtement dépend de sa composition chimique et de sa structure cristalline [WEN-96]. En effet, la phosphophyllite (Zn 2 Fe(PO 4 ) 2 *4H 2 O) est plus difficile à dissoudre que l hopéite (Zn 3 (PO 4 ) 2 *4H 2 O) [OGL-03], [OGL-04], [TOM-04]. La résistance alcali des revêtements augmente avec la quantité de fer 32

15 présente dans les bains phosphatés. Elle est également fonction des conditions opératoires et en particulier de l agitation du bain [LI-04]. La solubilité alcaline diminue avec l agitation du bain. En effet, dans un premier temps, la solution alcaline dissout la couche supérieure qui contient de l hopéite. Puis, la réaction se fait avec les couches plus riches en fer et principalement composées de phosphophyllite [SHO-97]. I.2. Durabilité des bétons armés I.2.1. Composition du béton I Le ciment Il existe plusieurs sortes de ciment offrant des caractéristiques différentes. Le plus usuel est le ciment dit "Portland". Il est issu de la cuisson à haute température d un mélange d environ 2/3 de silicate de calcium, le reste étant composé principalement d oxydes de fer et d oxydes d aluminium. Les phases minérales présentes dans le ciment Portland hydraté résultent de l hydratation en présence de gypse du clinker, dont la composition chimique se répartit entre trois grandes espèces: l alite (C 3 S), la bélite (C 2 S) et la célite (C 3 A, C 4 AF). Dans ces notations cimentières, C figure la chaux (CaO), S la silice (SiO 2 ), A l alumine (Al 2 O 3 ) et F l oxyde ferrique (Fe 2 O 3 ). D autre part, le clinker contient toujours des alcalins (Na 2 O, K 2 O), en faible quantité par rapport aux principaux minéraux. Leur dissolution partielle et progressive dans la solution interstitielle du béton permet le maintien d un ph élevé (entre 12,4 et 13,6) qui va être un point essentiel de la durabilité des armatures [LAR-02]. Les réactions d hydratation sont assez différentes selon le réactif considéré, mais peuvent être classées en trois familles: 1) la réaction d hydratation des silicates calciques notés C 3 S et C 2 S (3CaO.SiO 2 et 2CaO.SiO 2 ), conduit à la formation de deux composés : le silicate de calcium hydraté (xcao.sio 2.nH 2 O) noté C-S-H et la portlandite (Ca(OH) 2 ) notée C-H. 2) la réaction d hydratation des phases aluminées notées C 3 A (3CaO.Al 2 O 3 ) a lieu en présence de gypse et forme l ettringite (trisulfoaluminate de calcium hydraté 3CaO.Al 2 O 3. 3CaOSO 3.32H 2 O, noté AFt) et le monosulfoaluminate de calcium (3CaO.Al 2 O 3. CaOSO 3.11H 2 O, noté AFm). 33

16 3) les réactions du C 4 AF (4CaO.Al 2 O 3.Fe 2 O 3 ) sont similaires à celles du C 3 A en substituant aux aluminates des alumino-ferrites [BAR-01], [DER-90], [KAK-00], [TRE-01]. I Le béton armé Le béton armé est l assemblage intime de barres d acier et de béton afin de compenser la mauvaise tenue de ce dernier à la traction. Cet assemblage est rendu possible grâce à la dilatation comparable des deux matériaux. I.2.2. Altération des bétons : réaction et mécanisme I Les altérations du béton d origine chimique Le béton est un milieu globalement basique (ph>13) et les altérations chimiques sont dues essentiellement aux actions extérieures des acides et des sels en présence d eau. Dans la plupart des cas, il en résulte sur la pâte de ciment soit la dissolution de certains hydrates (comme la portlandite), ce qui entraîne une perte d alcalinité, soit la formation de composés nouveaux qui peuvent être expansifs. Dans quelques cas, les réactions peuvent être internes et affecter les constituants du béton, comme le ciment (ettringite différée) ou les granulats (alcali réactions). Dans la plupart de ces réactions, la structure poreuse du matériau béton et son état de saturation, en favorisant la pénétration des espèces agressives, joue un rôle déterminant aussi bien sur la cinétique des réactions que sur l intensité des dégradations. I Action du gaz carbonique Le dioxyde de carbone CO 2 est présent dans l air à une teneur variant de 0,03% à 0,05% en volume, selon que l on se trouve en ambiance rurale ou urbaine et peut pénétrer, sous forme gazeuse, dans le béton par les réseaux poreux ou fissurés. En présence d eau, il provoque une réaction chimique avec la pâte de ciment hydratée, dite de carbonatation. Mécanismes de la réaction Le processus de carbonatation, qui correspond à la réaction du CO 2 avec tous les hydrates du ciment et plus particulièrement avec la chaux hydratée, est généralement schématisé de la manière suivante : Eq.I. 13 CO 2 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + H 2 O 34

17 Cette réaction transforme les produits d hydratation, notamment en premier lieu la portlandite (Ca(OH) 2 ), notée C-H, ensuite les silicates de calcium hydratés, notés C-S-H, en carbonates de calcium CaCO 3 [ANS-05]. D après la réaction I.13, de l eau est libérée dans les pores [LAC-02]. La carbonatation n est pas nocive pour le béton, mais elle modifie toutefois ses propriétés telles que la résistance mécanique, le module d élasticité, ainsi que la porosité capillaire et la perméabilité aux gaz et aux liquides. En effet, la formation du carbonate de calcium a lieu dans les espaces libres du matériau cimentaire ce qui entraîne une réduction significative de la porosité [DIA-00]. Au fur et à mesure que le matériau se résature en eau dans la zone réactionnelle en raison de la réduction de porosité couplée à la quantité d eau relarguée [BAR-04], il y a ralentissement de l avancement du front de carbonatation. Pour que la carbonatation soit maximale, l humidité relative, qui détermine la teneur en eau du béton, doit être : - suffisamment faible pour que la phase gazeuse permettant la diffusion du gaz carbonique soit présente (en phase liquide, la diffusion est 10 4 fois plus faible), - suffisamment importante pour que la réaction de carbonatation proprement dite puisse avoir lieu [ZHA-05]. Dans ces conditions le ph de la solution interstitielle du béton diminue jusqu à environ 9. De ce fait, dans le béton armé lorsque l épaisseur carbonatée a atteint le premier lit d armatures, ces dernières se dépassivent [HUE-05b]. Pour un processus de diffusion du CO 2, en présence d eau, la profondeur de carbonatation x (t) à un instant donné t de la vie d un ouvrage est calculée par la relation : Eq.I. 14 x (t) = x 0 + K t [LAR-02] avec x 0 : profondeur de carbonatation initiale; K : constante prenant en compte à la fois la composition du béton (rapport eau / ciment, dosage et nature du liant ) et les conditions d environnement (humidité relative, température, pression ). La profondeur de carbonatation, et donc la constante K, sont d autant plus élevées que : - le dosage en ciment est faible et le rapport eau / ciment (noté e/c) est élevé, - la résistance du béton est faible, 35

18 - la durée du cycle humidification séchage est faible, - la teneur en agrégats est élevée, - l humidité relative est comprise entre 40 et 70% [LAC-02]. On considère en général les classes suivantes : K<1 (carbonatation < 4,5 mm en 20 ans = très faible carbonatation), 5> K >1 (carbonatation comprise entre 22 et 4,5 mm en 20 ans = carbonatation moyenne). K >5 (forte carbonatation) [COC-93]. En laboratoire ou sur site, la profondeur de carbonatation x est évaluée à l aide d un indicateur coloré. L indicateur le mieux adapté est la phénolphtaléine dont le ph de virage de la couleur rose à incolore se situe à 9 environ. La technique est facile à mettre en œuvre aussi bien en laboratoire que sur le chantier [LAC-02], [TOR-99]. Lorsque le ph est supérieur à 9, le béton prend une couleur rose violacée. Au contraire, lorsque le ph est inférieur à 9, le béton reste incolore. I Action des ions chlorures Les chlorures pénètrent dans le béton soit par diffusion sous gradient de concentration dans les bétons saturés en eau, dans ce cas la vitesse de diffusion dépend alors du cation associé au chlorure, soit par convection dans les bétons insaturés [LAC-02]. Une partie de ces chlorures est appelée chlorures liés. Ceux-ci s adsorbent physiquement sur les parois des pores capillaires ou réagissent avec les aluminates de calcium pour former des produits cristallisés non expansifs tel que les monochloroaluminates. La quantité de chlorures liés dans un béton dépend des teneurs en aluminates et en sulfates du ciment utilisé. Les aluminates sont susceptibles de fixer davantage d ions chlorures mais cette capacité diminue en présence de sulfates. Cependant, une partie des chlorures liés peut être «libérée» lorsque le ph du béton diminue sous l action de la carbonatation. Une autre partie des chlorures est appelée chlorures libres. Ces derniers peuvent migrer à l intérieur du béton et atteindre les armatures pour les dépassiver, puis les corroder. La quantité de chlorures libres augmente selon le rapport e/c du béton et selon la concentration en sels du milieu environnant. 36

19 Cinétique de diffusion des ions chlorures En conditions saturées, quand la concentration en chlorures est plus élevée à l extérieur que dans le béton, le gradient de concentration induit une pénétration des ions dans le matériau. Ces ions transitent dans la phase liquide interstitielle du béton par diffusion (première loi de Fick, Eq.I. 15) : Eq.I. 15 J = - D eff c x x : profondeur de pénétration à un temps t; c(x,t) : concentration; J : flux massique, représentant la quantité d ions se déplaçant à travers une unité de surface pendant une seconde; D eff : le coefficient de diffusion effectif des ions (en m 2.s -1 ). La vitesse de pénétration des chlorures dépend essentiellement des conditions d humidité ambiante. En tenant compte de la loi de conservation de la masse, on obtient la seconde loi de Fick. Si le coefficient de diffusion ne dépend pas de la concentration en ions, cette loi (Eq.I. 16) s écrit de la façon suivante : Eq.I. 16 c= D t app 2c x2 Où D app est un coefficient de diffusion apparent (en m 2 s -1 ) qui prend en compte les éventuelles réactions chimiques entre les ions et la matrice ciment [LAR-02]. Ainsi, la vitesse de pénétration est directement liée à la porosité interconnectée de la pâte et à la concentration en sels environnants. Cependant, dans un milieu partiellement saturé, c est-àdire soumis à des cycles d immersion-séchage, la pénétration des chlorures se produit surtout par convection. Dans ces conditions, la pénétration peut être considérablement accélérée. 37

20 Effet sur la corrosion La pénétration des chlorures dans le béton peut entraîner une dépassivation des armatures lorsque la teneur en chlorures devient importante au voisinage de celles-ci. La concentration critique en chlorures qui amorce la corrosion dépend de la teneur en oxygène au niveau des armatures et du ph du béton. En effet sur une structure, la corrosion se développe de façon aléatoire à la fois en termes de localisation et d intensité [CAS-02]. Le mécanisme de la corrosion peut être décrit en deux phases successives : 1. phase d incubation, période pendant laquelle les éléments agressifs pénètrent jusqu à l armature à travers le béton et induisent la dépassivation et l amorçage de la corrosion; 2. phase de propagation, période pendant laquelle la corrosion se poursuit avec une certaine vitesse, conduisant à la formation de rouille. Pour amorcer la corrosion, il est nécessaire d avoir une certaine concentration en chlorures dans la solution interstitielle du béton. Le seuil d amorçage de la corrosion est plus proche d un rapport: [Cl - ]/ [OH - ] = 0,6 [ASS-05], [IDR-00]. Ce seuil est atteint lorsque la concentration en chlorures solubles est approximativement 0,032 % par rapport à la masse de béton soit environ 0,2% par rapport à la masse de ciment (en supposant 350 kg de ciment par m 3 de béton). I Action des ions sulfates et sulfures L action des sulfates sur le béton est connue depuis longtemps. Elle se traduit principalement par la formation d ettringite (3CaO.Al 2 O 3.3CaOSO 3.32H 2 O), hydrate à caractère gonflant, et est due à la réaction entre les ions sulfates, provenant du milieu extérieur ou des granulats, et les aluminates présents dans la pâte de ciment. Elle conduit à l altération rapide des caractéristiques mécaniques du béton. Les sources de sulfates peuvent être : 1) externes : les sols, les eaux souterraines, l eau de mer et les environnements industriels; 2) internes : les granulats et la phase liante. 38

21 Mécanismes de réaction Schématiquement, dans le cas d une arrivée extérieure des sulfates, la formation de l ettringite, se produit en deux étapes : 1) formation de gypse secondaire: les sulfates, qui pénètrent dans les pores du béton sous une forme ionique, réagissent dans la pâte de ciment avec la portlandite pour former du gypse et de l hydroxyde alcalin selon la réaction (Eq.I. 17): Eq.I. 17 K 2 SO 4 2KOH + 2H 2 O + Ca(OH) 2 (CaSO 4 *2H 2 O) + Na 2 SO 4 2NaOH Le volume du solide précipité représente un peu plus du double de celui des produits de départ et une expansion peut se manifester. 2) formation d ettringite secondaire: le gypse secondaire formé dans le première étape réagit avec les aluminates présents dans la pâte de ciment durcie pour former de l ettringite secondaire. Cette réaction peut se produire à partir de l aluminate tricalcique anhydre C 3 A, mais aussi à partir d aluminate tétracalcique hydraté (C 4 AH 13 ) ou du monosulfoaluminate de calcium hydraté (C 3 A*CaSO 4 *H 12 ). Dans le cas d une réaction avec le C 3 A, le mécanisme est le suivant (Eq.I. 18): Eq.I. 18 C 3 A + 3(CaSO 4 *2H 2 O) + 26 H 2 O C 3 A*3CaSO 4 *32H 2 O Le volume molaire du produit formé peut atteindre trois à huit fois celui du produit initial. Dans le cas d une arrivée des sulfates par l extérieur du béton, les produits se déplaçant dans le béton à travers la porosité et les microfissures, l ettringite secondaire se forme préférentiellement dans les pores, les fissures de la pâte de ciment et aux interfaces pâte-granulats. 39

22 I Altération des bétons par l eau Eaux pures et eaux douces Les eaux pures et certaines eaux douces peu minéralisées (CO 2 agressif compris entre 15 et 30 mg/l et ph compris entre 5,5 et 6,5) sont classées dans la catégorie des environnements faiblement agressifs. La dégradation débute par une dissolution de la portlandite puis, lorsque la portlandite a été dissoute, ce sont les silicates et les aluminates, moins solubles, qui sont attaqués. Elle se traduit par une érosion progressive de la surface dans le cas d un contact superficiel de l eau, mais elle peut entraîner un lessivage important au cœur du béton dans le cas de la pénétration d eau sous l effet d un gradient de pression hydraulique (cas des barrages et des tunnels). Cependant, dans le cas ou le renouvellement d eau est limité, un processus de dissolution-précipitation est observé. Ce processus entraîne la précipitation de carbonates au contact de chaux non lessivée et accroît momentanément la compacité du béton [TOR-99]. Eaux de pluie Les pluies "normales" ont un ph globalement neutre et elles n ont pas d effets nocifs sur les bétons. Les pluies dites acides (ph voisin de 4) sont par contre agressives. L agressivité est due essentiellement à la formation d acide sulfurique et d acide nitrique à partir des SO x et NO x présents dans certaines atmosphères industrielles. Les dégradations sont superficielles de type dissolutions (actions des acides) et de type expansion (cristallisation de sels associés, comme les sulfates) [LAC-02]. Eau de mer La dégradation du béton par l eau de mer peut avoir une origine mécanique et physique: érosion, effet de capillarité et cristallisation ou chimique tel que l action des sulfates visant à former de l ettringite gonflante, action des chlorures formant des chloroaluminates. L action agressive de l eau de mer résulte essentiellement des réactions d échange des bases suivies de précipitation de composés plus ou moins solubles, et de cristallisation de sels 40

23 expansifs. Ainsi, le chlorure de magnésium (MgCl 2 ) réagit avec la portlandite (Ca(OH) 2 ) pour former la brucite (Mg(OH) 2 ) insoluble, pouvant conduire à une expansion et du chlorure de calcium (CaCl 2 ). Le chlorure de calcium réagit ensuite avec les aluminates pour former du monochloroaluminate instable qui se transforme en ettringite, expansive. En parallèle, la substitution Mg 2+ - Ca 2+ s effectue dans les silicates de calcium hydratés (C-S-H) qui se transforment progressivement en silicates de magnésium hydratés (M-S-H) sans propriétés liantes [LAC-02]. Le dioxyde de carbone (CO 2 ) réagit avec la portlandite pour former du carbonate de calcium qui précipite dans les pores à la surface du béton sous la forme d aragonite et de calcite. Ces différents ions ont aussi des actions simultanées, mais qui ne sont pas cumulatives. La dégradation des bétons en milieu marin dépend aussi du degré d immersion. Ainsi, alors qu en immersion totale l attaque chimique reste généralement modérée, en immersion alternée les actions des vagues, du sable et parfois du froid s ajoutent à l attaque chimique et conduisent à une forte et rapide dégradation des bétons. I Les altérations du béton d origine physico-chimique Les altérations du béton d origine physico-chimique sont : 1) la fissuration due au retrait et 2) les cycles de gel-dégel. Les fissures de retrait peuvent apparaître à différents moments de la vie d un ouvrage et, en fonction du moment de leur apparition, les causes sont différentes : 1) fissures apparaissant avant la prise du béton (moins de 2 heures après coulage). Ces fissures proviennent des tassements différentiels du béton frais et elles se situent au droit des armatures et sont en généralement profondes; 2) fissures apparaissant dans les premières heures après le décoffrage, elles sont fines et peu profondes; 3) fissures apparaissant après quelques jours à quelques mois après le bétonnage, elles sont la conséquence du retrait de dessiccation qui est dû au départ d une partie de l eau libre du béton qui se met en équilibre hydrique avec le milieu environnant. L apparition de ces fissures, qui affecte la durabilité du béton peut être limitée si on prend quelques précautions sur la formulation de béton [LAR-02]. 41

24 Actions des cycles de gel-dégel Deux phénomènes liés à des ambiances hivernales rigoureuses sont susceptibles d altérer les performances mécaniques du béton. Il s agit, d une part, des cycles de gel-dégel qui entraînent des gonflements et une fissuration du béton et d autre part, de l utilisation des sels à fondants qui provoque des dégâts superficiels par écaillage [LAC-02]. I Les altérations du béton d origine mécanique et thermique Les différentes actions mécaniques, par exemple les chocs, l abrasion et l érosion, peuvent conduire à des désordres importants. Pour améliorer la résistance du béton à ces agressions, il convient d utiliser des bétons plus performants, les bétons à hautes performances répondent bien au problème, des granulats plus durs, corindon par exemple et des fibres. Les altérations dues aux forts gradients thermiques sont en général associées aux incendies et sont souvent significatives. Si la température augmente considérablement les granulats calcaires se transforment, l eau présente dans le béton se vaporise brutalement et on peut observer des fissurations et des éclatements dans le béton [TOR-99]. I.2.3. La corrosion d acier doux enrobé de béton I Influence de l état de surface initial Les armatures à béton sont très souvent stockées sur le chantier avant leur utilisation. Ainsi l acier subit une corrosion à l air plus ou moins importante. Cette corrosion dépend de plusieurs paramètres aléatoires comme les conditions météorologiques, la présence des polluants atmosphériques ou le temps d exposition. Plusieurs auteurs ont étudié l influence de la couche superficielle d oxydes présente initialement sur les armatures, vis-à-vis de la corrosion du substrat en acier [ARL-93], [GON-96], [MAS-02], [NOV-01]. [ARL-93] présente une étude sur la couche des produits de corrosion formée sur les aciers stockés et son évolution au contact d une pâte de ciment Portland. Les auteurs ont montré que l utilisation d armatures oxydées conduit à une amélioration de l adhérence acier-béton tant que la couche de corrosion présente une épaisseur susceptible d être remplie par les produits d interaction avec le ciment. La liaison acier corrodé - pâte de ciment présente une activité physique et chimique dès l enrobage de l acier par la pâte. Il s ensuit la création d une zone de 42

25 contact ayant une microstructure particulière et évolutive. D autres auteurs [MAS-02] remarquent que si la couche d oxyde est riche en magnétite (Fe 3 O 4 ) l acier doux se passive (i corr 0,1 µa/cm 2 ), alors que dans le cas d une couche d oxyde riche en hématite (α-fe 2 O 3 ) la vitesse de corrosion reste toujours élevée ( i corr 1µA/cm 2 ). Gonzalez et al. [GON-96] ont remarqué que si la quantité d oxydes formés initialement sur la surface de l acier est importante, la densité de courant de corrosion est élevée (i corr 1µA/cm 2 ). Ils ont estimé également que l oxygène dissous en solution ne peut être le seul oxydant. En conséquence ils ont formulé l hypothèse que ces vitesses élevées sont liées à la réduction d oxydes de fer de valence III. [ALI-00] a fait une analyse sur les produits de corrosion accumulés aux interfaces entre l'agrégat et la pâte de ciment Portland. Le mécanisme proposé est basé sur la réaction (Eq.I. 19) pour la formation préférentielle des oxydes de fer, en tenant compte des variations locales du ph de la solution interstitielle. Le type d'oxyde formé est: magnétite (Fe 3 O 4 ) et hématite (α- Fe 2 O 3 ). Eq.I. 19 3Fe(OH) 2 Fe 3 O 4 +2H 2 O +H 2 O 2 H 2 O Eq.I. 20 Fe 2+ Fe 3+ α - Fe 3 O 4 Novak [NOV-01] a confirmé ces résultats expérimentaux [GON-96], [MAS-02] par un étude de longue durée (4 ans). D après ces auteurs, l oxygène est bien l espèce oxydante et la couche d oxydes peut créer un milieu confiné dans lequel la corrosion est possible. En conclusion, à court terme (<100 jours), l oxydant est l oxyde de fer III présent en surface et à plus long terme (> 1 an), l oxydant est l oxygène. La couche d oxyde restante favorise la corrosion active. D après ces auteurs, la couche d oxyde initiale peut influencer l hydratation du ciment et en conséquence une couche de chaux se forme sur la surface des armatures. Plus récemment, Glass et al. [GLA-01] ont montré par l imagerie électronique que cette couche est homogène dans tout le volume de l enrobage. 43

26 I Passivation de l acier doux Dans le système "béton armé" constitué du béton sain et de ses armatures en acier, l alcalinité de la solution interstitielle contenue dans les pores du béton entraîne la formation d une couche d oxydes stable et protectrice à la surface de ces armatures. Dans ces conditions l acier présente des vitesses de corrosion très lentes (< 0,1 µm/an). Ces faibles vitesses de corrosion sont dues à une passivation de l acier liée à une très faible solubilité des oxydes, comme, par exemple, dans le cas de l acier doux immergé en solution alcaline (1M NaOH) qui est couvert par une couche dense et fine formée à l interface métal/ matrice cimentaire [AND- 01]. La présence d oxydes en surface de l acier (initialement pré-corrodée) a une influence importante sur la passivation. Si la couche d oxydes est riche en magnétite (Fe 3 O 4 ), le potentiel de corrosion est faible (< -350 mv/ecs). Pour les potentiels supérieurs, la magnétite peut se réoxyder sous forme d un oxyde ou hydroxyde de valence III [AND-01]. En effet, la passivation ne peut intervenir que lorsque les ions hydroxyles libérés lors de l hydratation du ciment diffusent jusqu'à l interface interne (interface métal/oxyde). Le temps de transport des ions hydroxyles induit un temps retard sur la passivation, temps pendant lequel le substrat peut s oxyder aux dépends de la réduction des oxydes de fer [HUE-05a]. Ainsi, la protection des armatures est liée à deux processus : 1) chimique, par l alcalinité du milieu lors de l hydratation du ciment, 2) physique, par l enrobage, agissant comme une barrière vis-à-vis de l environnement. Cependant, en présence de certaines espèces chimiques, et en particulier si le ph diminue, la couche protectrice formée n est plus stable, et l acier n est alors plus protégé contre la corrosion [HUE-05b]. Certains agents qui viennent du milieu environnant, après avoir pénétré la barrière physique que constitue le béton d enrobage, peuvent alors dépassiver le premier lit d armatures [GOW-98]. I Amorçage de la corrosion Parmi les processus susceptibles de dépassiver les armatures et d engendrer leur corrosion on peut citer : la carbonatation du béton et la pénétration des ions chlorures [COC-93], [RHA- 01]. Le mécanisme de la corrosion (Figure I. 2) peut alors être décrit en deux phases successives : 44

27 - phase d incubation (notée I) : période pendant laquelle les éléments agressifs pénètrent jusqu à l armature à travers le béton et induisent la dépassivation et l amorçage de la corrosion; - phase de propagation (notée II et III) : période pendant laquelle la corrosion se poursuit avec une certaine vitesse, conduisant à la formation de rouille. Depuis très longtemps, l action spécifique des ions chlorures sur l amorçage et la propagation de la corrosion de l acier a attiré l attention des spécialistes. Le problème est en fait assez complexe. Il est nécessaire d avoir une certaine concentration en chlorures dans la solution interstitielle du béton pour amorcer la corrosion. Cette concentration dépend en partie du ph. L expérience montre que plus le milieu a un ph élevé, plus la concentration en chlorure doit être élevée afin d amorcer la corrosion [HUS-96]. Ainsi le rapport [Cl - ]/ [OH - ] nous renseigne sur le seuil de corrosion dans un milieu basique chloruré [IZQ-04]. Figure I. 2 : Les étapes de la corrosion des aciers dans le béton : (I) incubation, (II) fin d incubation et début de croissance de rouille et (III) croissance de rouille. 45

28 Historiquement il est connu que ce seuil est de l ordre de 1 : dans ce cas, la dépassivation locale d une armature a lieu uniquement lorsque le milieu d étude est plus concentré en chlorure qu en hydroxyde. Plus récemment plusieurs auteurs ont établi de manière empirique que le seuil d amorçage de la corrosion est plus proche d un rapport : [Cl - ]/ [OH - ] = 0,6 [ASS-05], [DER-90]. Idrissi et al. ([IDR-00]) ont également vérifié ce rapport pour divers aciers. L existence de ce seuil en chlorure a deux conséquences intéressantes. Tant que la solution interstitielle reste suffisamment concentrée en ions hydroxydes (ph proche de 14) la dépassivation locale n a pas lieu. Pour un béton dans lequel le ph de la solution interstitielle est de l ordre de 9, la teneur critique en chlorure pour provoquer la dépassivation est celle d une simple eau potable. Au-delà de cette valeur, le processus de corrosion débute. Elle n a pas un caractère absolu, mais dépend de la qualité du béton, de l hygrométrie ambiante et de l avancement de la carbonatation [GLA-91]. D une façon pratique, on estime généralement que l amorçage de la corrosion peut avoir lieu lorsque la teneur totale en chlorure dépasse 0,4% à 0,6% en poids par rapport au ciment, au droit de l armature [HUS-96]. I Propagation de la corrosion La propagation de la corrosion débute alors qu aucun signe distinctif macroscopique n est observable. Lors de cette étape sont formés des produits qui occupent un volume bien supérieur à celui du fer. Cette augmentation de volume engendre des contraintes internes dans le béton, provoquant la fissuration et même parfois son éclatement. Le diagramme de Tuuti (Figure I. 3) présente trois phases dans le scénario de dégradation d une structure en béton armé en milieu insaturé [TUU-82] : (a) les hydrates du ciment se dégradent sous l effet de l introduction de gaz carbonique présent dans l atmosphère; (b) le début de la deuxième période (td) est conditionné par la modification de la chimie interstitielle au droit de l armature et (c) l apparition de la première fissure débouchante marque le début de la troisième période (tc) [AHM-03]. 46

29 Figure I. 3 : Diagramme de Tuuti présentant le scénario de dégradation d une structure en béton armé en milieu insaturé : t d date de dépassivation, t c date d apparition de la première fissure [TUU-82]. Différents facteurs interviennent sur la rapidité avec laquelle le béton va se dégrader lors de la phase de propagation comme par exemple l humidité relative, la porosité du béton, la température etc. La mesure de la résistivité de l enrobage est une technique de contrôle de la vitesse de corrosion. En effet, la résistivité des bétons est inverse proportionnelle à la vitesse de corrosion lorsque l armature est à l état actif [MOR-02]. Plusieurs auteurs [MOR-02], [LOP-93] ont montré, expérimentalement, que, pour une humidité relative fixée, la vitesse de corrosion augmente avec la porosité du béton (donc avec le rapport eau sur ciment (e/c)). Par contre, Andrade et al. [AND-02] trouvent que la vitesse de corrosion reste constante lors de variations journalières de l humidité relative. Ce qui signifie que le transport d eau par capillarité en milieu poreux est très lent et le degré de saturation au droit de l armature évolue très peu. Pour une meilleure compréhension du mécanisme de dégradation du béton armé, souvent sont proposés des modèles de comportement. Ainsi, on peut noter le travail de Castel et al. concernant la description d un modèle analytique de résistance mécanique du béton armé dégradé par la corrosion des armatures [CAS-02]. Leur démarche permet de prendre en compte l effet couplé de la réduction de section d acier et de la perte d adhérence acier - béton, sur le comportement mécanique des éléments en béton armé corrodé. Ce modèle, basé sur une approximation locale des phénomènes, permet aussi de tenir compte de la distribution des 47