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HAL Id: dumas-01841114 https://dumas.ccsd.cnrs.fr/dumas-01841114 Submitted on 17 Jul 2018 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Copyright Étude sur la durabilité des bétons armés en milieu marin : application aux caissons du projet d’extension en mer au droit de l’Anse du Portier, Monaco Jean-Baptiste Bouchard To cite this version: Jean-Baptiste Bouchard. Étude sur la durabilité des bétons armés en milieu marin : application aux caissons du projet d’extension en mer au droit de l’Anse du Portier, Monaco. Sciences de l’ingénieur [physics]. 2016. dumas-01841114 TRAVAIL DE FIN D’ETUDE Organisme d’accueil : Mission Urbanisation en Mer, Gouvernement Princier de MONACO Sujet : Etude sur la durabilité des bétons armés en milieu marin Application aux caissons du projet d’extension en mer au droit de l’Anse du Portier, Monaco Auteur : BOUCHARD Jean-Baptiste Promotion 61 Année 2015-2016 Jury : Président de Jury : Stéphane HANS Tuteur entreprise : Jean-Luc NGUYEN Expert : Pierre-Yves VANZO Date de soutenance : 21 septembre 2016 École d'ingénieurs de l'Ecologie, de l'Energie, du Développement Durable et de la Mer École Nationale des Travaux Publics de l'État rue Maurice Audin 69518 Vaulx-en-Velin Cedex téléphone : +33 (0)4 72 04 70 70 télécopie : +33 (0)4 72 04 62 54 2 3 NOTICE ANALYTIQUE NOM PRENOM AUTEUR BOUCHARD Jean-Baptiste TITRE DU TFE Etude sur la durabilité des bétons armés en milieu marin ; Application aux caissons du projet d’extension en mer au droit de l’Anse du Portier, Monaco ORGANISME D'AFFILIATION ET LOCALISATION NOM PRENOM MAITRE DE TFE Mission Urbanisation en Mer, Gouvernement Princier de Monaco NGUYEN Jean-Luc COLLATION Nbre de pages du rapport 118 Nbre d'annexes 0 Nbre de réf. biblio. 60 MOTS CLES Durabilité, béton, milieu marin, désordres, corrosion, carbonatation, chlorures, approche performantielle, acier, inox, BFUHP, éco- conception, Monaco, Extension en mer RESUME La durabilité du béton est une problématique actuelle, renforcée par la nécessité de réaliser des infrastructures de plus en plus contraintes par leur environnement et leurs exigences fonctionnelles. En particulier, les constructions côtières ou marines en béton armé constituent une thématique nécessitant souvent des méthodes de conception, de réalisation et d’entretien adaptées, devant prendre en compte la faible adaptabilité du béton à ce milieu particulièrement agressif vis-à-vis du béton et des armatures. L’état de l’art des méthodes de maîtrise des risques lié à l’utilisation du béton en milieu marin établi et appliqué au cas de l’extension en mer au droit de l’Anse du Portier permet de donner un éclairage sur les méthodes attendues de la part du constructeur pour répondre aux fortes exigences l’Etat Princier de Monaco concernant la durabilité de l’infrastructure, formulées notamment par une durée de vie prévue de 100 ans. ABSTRACT The durability of concrete is a current issue, enhanced by the necessity of realizing infrastructures that are increasingly constraints by their environment and their functional requirements. In particular, the use of reinforced concrete for coastal or marine constructions require adapted methods of design, construction and maintenance, that must assume the low adaptability of concrete in an environment that is particularly aggressive towards concrete and armatures. The established state-of-the-art of the methods to control the risks related to the use of the concrete in marine environment applied to the case of the offshore expansion at Anse du Portier in Monaco provide to give a lighting to the methods that are waiten by the constructor to answer the strong requirements of the Princely State of Monaco concerning the durability of the infrastructure, formulated by a life expectancy of 100 years. 4 5 LA DURABILITE DU BETON ARME EN MILIEU MARIN Comment les milieux marins impactent-ils la durabilité des bétons armés ? A quels risques sont soumis les bétons armés en milieu marin ? Quels sont les critères de durabilité des bétons ? Quels sont les critères spécifiques du projet Urbamer (cas de caissons de protection de l’agitation marine éco-conçus) ? Quelle importance porte la durabilité du béton armé sur la durabilité globale de l’infrastructure marine ? Quelles sont les techniques permettant d’augmenter la durabilité des bétons armés ? Quel est leur coût ? Ces techniques sont-elles compatibles entre elles ? Quels sont les retours d’expérience ? Quelles sont les dernières innovations ? Comment conçoit-on la durabilité en génie-civil ? Augmenter la durabilité consiste-t-il à chercher à s’affranchir de maintenance ? Diminuer la maintenance est-ce augmenter les risques ? Rapport entre durabilité et contrôle : Le contrôle du vieillissement/de la vie de la structure est-il également un critère de durabilité (car on diminue les risques) ? Du point de vue du contrôle du vieillissement des aciers, les armatures inox constituent-elles une innovation valable/recevable ou plus intéressante que les solutions classiques pour le projet Urbamer de Monaco ? Durabilité, dictionnaire Larousse : Espace de temps durant lequel un bien est apte à satisfaire un besoin auquel il correspond. Durée au-delà de laquelle il n’est plus rentable de maintenir en état un équipement. Durabilité, CETMEF : La DURABILITÉ d’un ouvrage caractérise sa CAPACITÉ À CONSERVER LES FONCTIONS D’USAGE pour lequel il a été conçu (fonctionnement structurel, sécurité, confort des usagers) et à maintenir son NIVEAU DE FIABILITÉ et son ASPECT ESTHÉTIQUE dans son ENVIRONNEMENT (gel, eaux agressives…), avec des frais de maintenance et d’entretien aussi réduits que possible. La DURABILITÉ d’un ouvrage dépend de nombreux paramètres dont la qualité de sa conception, la QUALITÉ DES MATÉRIAUX et des produits utilisés, la qualité des dispositions constructives, de la réalisation de l’ouvrage et de la mise en œuvre des produits. PROBLEMATIQUE : Présentation des méthodes pour maîtriser les risques de désordres du béton armé en milieu marin et contrôler le niveau de durabilité – formulation des bétons, protection des armatures, techniques d’entretien – et analyse des retours d’expériences français et internationaux. Application des méthodes au projet d’extension en mer et discussion sur les spécificités du projet. 6 Remerciements : Mes remerciements vont d’abord à la Mission Urbanisation en Mer du Gouvernement Princier de Monaco et plus particulièrement Jean-Luc NGUYEN, qui m’a accueilli pour 3 mois au sein de son équipe pour travailler sur une thématique d’actualité et essentielle pour le projet d’extension en mer. Je remercie ensuite l’équipe de SETEC Monaco qui m’a permis de participer activement à certains sujets du quotidien de sa mission de bureau d’assistance technique pour le compte de l’Etat. Je remercie également toutes les personnes qui ont contribué à m’offrir une vision détaillée des problématiques de durabilité et des solutions existantes ainsi qu’à élaborer ma réflexion. Je citerai notamment Pierre-Yves VANZO (SETEC Monaco), Sébastien CORBON (SETEC Monaco), Pablo TASSI et les professeurs de l’ENPC, Bernard QUENEE et ses collaborateurs du LERM et tous les contacts qui m’ont conseillé et aidé dans mes recherches. Enfin, je remercie mes relecteurs et les membres de mon jury de TFE, dont Stéphane HANS, directeur de la filière Génie Civil de l’ENTPE. 7 SOMMAIRE SOMMAIRE .................................................................................................................................. 7 PRESENTATION DE LA PROBLEMATIQUE : ENJEUX, RAPPELS TECHNIQUES ..................................... 9 ETAT DE L’ART DES BONNES PRATIQUES POUR ASSURER LA DURABILITE DES BETONS ARMES EN MILIEU MARIN ........................................................................................................................... 11 1. RISQUES ASSOCIES A L’UTILISATION DU BETON ARME EN MILIEU MARIN ................................................. 11 1.1. ACTIONS MECANIQUES ...................................................................................................................... 11 1.2. ACTION DE L’ENVIRONNEMENT ET DE L’EAU DE MER SUR LE BETON : ATTAQUES EXTERNES SUR LE BETON ....... 12 1.3. REACTIONS INTERNES AU BETON ......................................................................................................... 13 1.4. CORROSION DES ACIERS .................................................................................................................... 14 1.5. SCHEMA RECAPITULATIF DES PRINCIPAUX RISQUES INTERNES DU BETON SUR LA DURABILITE DES BETONS ARMES EN MILIEU MARIN ........................................................................................................................................... 21 2. MAITRISE DES RISQUES DU MILIEU MARIN PAR LA FORMULATION DU BETON ........................................... 21 2.1. FORMULATION DU BETON ARME PAR APPROCHE PRESCRIPTIVE ................................................................ 22 2.2. FORMULATION DU BETON ARME PAR APPROCHE PERFORMANTIELLE ......................................................... 34 3. MAITRISE DES RISQUES DU MILIEU MARIN PAR LES DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES .................................... 49 3.1. SEUILS D’OUVERTURE DES FISSURES..................................................................................................... 49 3.2. ENROBAGE DES ARMATURES .............................................................................................................. 50 4. MAITRISE DES RISQUES DU MILIEU MARIN PAR LA MISE EN ŒUVRE DU BETON ......................................... 53 4.1. RISQUES LIES AU MURISSEMENT DU BETON ........................................................................................... 53 4.2. RECOMMANDATIONS GENERALES SUR LA MISE EN ŒUVRE DU BETON ........................................................ 54 4.3. METHODES SPECIFIQUES POUR LIMITER LES RISQUES DE REACTIONS INTERNES ............................................ 56 5. MAITRISE DES RISQUES DU MILIEU MARIN PAR LA PROTECTION ET L’ENTRETIEN DE LA STRUCTURE EN PLACE .... 56 5.1. SUIVI DE L’OUVRAGE ......................................................................................................................... 57 5.2. PRINCIPES DE PROTECTION ET DE REPARATION DES OUVRAGES EN BETON ARME .......................................... 58 5.3. METHODES DE PROTECTION ET DE REPARATION CONTRE LES DESORDRES DU BETON ARME ........................... 60 6. ANALYSE DE L’INTERET DES RECENTES INNOVATIONS SUR LE BETON ARME POUR LES OUVRAGES MARITIMES ... 67 6.1. UTILISATION DE BFUHP ................................................................................................................... 67 6.2. UTILISATION D’ARMATURES EN ACIER INOXYDABLE ................................................................................ 71 7. EN PRATIQUE : RETOURS D’EXPERIENCE – ANALYSE uploads/Ingenierie_Lourd/ bouchard-tfe-2016.pdf