Le béton, un matériau d avenir? Introduction à la durabilité des bétons

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1 Le béton, un matériau d avenir? Introduction à la durabilité des bétons Jonathan Mai Nhu CERIB Centre d Études et de Recherches de l Industrie du Béton DMTB Direction Matériaux et Technologie du Béton Pôle Matériaux DT/DMTB/2013/115

2 Quelques extraits de normes sur les structures en béton : Eurocode 0 : "Une structure doit être conçue et réalisée de sorte que, pendant la durée d utilisation de projet escomptée, avec des niveaux de fiabilité appropriés et de façon économique : elle résiste à toutes les actions et influences susceptibles d'intervenir pendant son exécution et son utilisation elle reste adaptée à l'usage pour lequel elle a été conçue" NF EN : «Durabilité : Aptitude d'une construction ou d'un composant à conserver les niveaux adéquats de stabilité et d'aptitude à l'emploi pendant sa durée d'utilisation prévue au projet pour l'usage prévu, moyennant la mise en oeuvre d'un entretien préventif, mais en l'absence d'interventions imprévues excessives» 2

3 Quelques extraits de normes sur les structures en béton (suite) : NF EN Il convient que les dispositions valides sur le lieu d'utilisation du béton incluent des exigences sur la base d'une durée de vie présumée d'au moins 50 ans dans des conditions d'entretien anticipées. 3

4 Les exigences techniques des maîtres d ouvrage vis à vis des structures en béton concernent essentiellement deux catégories de performances. Les performances aux jeunes âges ; ces performances requises sont en relation avec les fonctions attribuées aux structures en béton. Caractéristiques mécaniques, esthétiques, le respect des formes et des dimensions auxquelles peuvent s ajouter le cas échéant d autres fonctions plus spécifiques (glissance, étanchéité, stockage...). 4

5 La seconde regroupe les exigences portant sur le maintien de ces performances pendant une durée compatible avec la durée de vie de l ouvrage et le niveau d entretien qui lui sera porté. On parle alors de durabilité. 5

6 La durabilité fait intervenir des facteurs physiques, des facteurs chimiques et également des facteurs mécaniques. Les thèmes de durabilité des bétons sont variés. Ils peuvent se regrouper en deux catégories : d une part ceux pour lesquels les réactions ou les processus physico chimiques sont exogènes d autre part ceux dont les réactions physico chimiques sont majoritairement endogènes (c est à dire résultant de réactions ou phénomènes internes sans apports externes) 6

7 La durabilité fait intervenir des facteurs physiques, des facteurs chimiques et également des facteurs mécaniques. Les thèmes de durabilité des bétons sont variés. Ils peuvent se regrouper en deux catégories : d une part ceux pour lesquels les réactions ou les processus physico chimiques sont exogènes d autre part ceux dont les réactions physico chimiques sont majoritairement endogènes (c est à dire résultant de réactions ou phénomènes internes sans apports externes) 7

8 Exemples de thèmes de durabilité pour lesquels les facteurs de dégradation sontmajoritairement exogènes : la carbonatation la migration des ions chlorure la corrosion des armatures la résistance au gel interne la résistance à l écaillage la résistance aux rayonnements UV les attaques dues aux milieux agressifs (gaz, eaux, solutions chimiques, milieux biologiques) 8

9 Exemples de thèmes de durabilité liés à des réactions physicochimiques majoritairement endogènes : l alcali réaction la formation d ettringite différée (notons cependant que ces deux phénomènes impliquent la présence d eau au voisinage du béton) 9

10 Ces phénomènes, qu ils soient exogènes ou majoritaitement endogènes, induisent des réactions physico chimiques internes au béton qui au final, peuvent conduire à : une décohésion partielle ou totale du matériau une fissuration du béton une ouverture de la porosité un déchaussement des granulats la corrosion des armatures une perte de résistance mécanique 10

11 Interaction du béton et de son milieu environnant (+ Influence des matériaux de composition du béton) Processus à l origine des dégradations Conséquences sur le matériau Pénétration des chlorures Carbonatation Cycle de gel / dégel Sels de déverglaçage Alcali réaction Réaction sulfatique Autres: Microorganisme Propriétés de transport microstructure Interaction solution / constituant du béton Facteurs principaux d une bonne durabilité coût op mal - Corrosion des armatures - Gonflement - Fissuration - Ecaillage - Dégradations du béton -Erosion 11

12 Pour un thème donné, les questions soulevées quant à la durabilité des bétons peuvent être liées à des objectifs de nature différente : Identifier et choisir la meilleure formule de béton adaptée aux sollicitations environnementales et aux contraintes techniques et économiques Vérifier qu une formulation déjà utilisée pour un certain type d environnement convient pour d autres conditions d utilisation Comprendre les raisons d une évolution non prévue, identifier les causes à l origine de désordres éventuels Chercher le meilleur compromis technico économique pour un béton en fonction de son utilisation future Caractériser un nouveau béton 12

13 La complexité de la durabilité des matériaux provient du fait qu elle mobilise et résulte d un ensemble de mécanismes variés et notablement différents : Transport en solution Réactions physico chimiques auxinterfaces Réactions de dissolution précipitation de phases minérales et/ou organiques Comportements physiques et thermodynamiques Réponse aux sollicitations mécaniques 13

14 La difficulté réside dans le couplage des mécanismes précités qui doit être pris en compte lors de l interprétation des résultats. Une des spécificités des bétons correspond à la présence simultanée des phases solides, liquides et gazeuses. Phase solide : hydrates de la matrice cimentaire, granulats Phase liquide : solution interstitielle des bétons (basique pour un béton non altéré, ph > 13) + eau contenue dans les granulats Phase gazeuse dont les caractéristiques dépendent en grande partie de l atmosphère environnante Ces trois phases, en interaction les unes avec les autres, déterminent le comportement global du béton et donc sa durabilité. 14

15 La complexité de la durabilité des bétons ne signifie pas que leur durabilité est médiocre ou bien inférieure à celle des autres matériaux Bien au contraire, l observation des bétons anciens fabriqués dans le respect des règles de l art, montre à quel point le béton peut conserver ses propriétés sur des durées très longues 15