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1 République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement S

1 République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Frères Mentouri, Constantine Faculté des Sciences et de la Technologie Département de Génie Civil Option : Structures Thème :la corrosion 2 Introduction : Le béton est le matériau de construction le plus utilisé dans le monde. Les ouvrages en béton armé sont conçus et construits pour durer, mais ils se dégradent par le mécanisme de corrosion sous l’effet de l’agressivité de l’environnement au quel ils sont exposés. Le béton, du fait de sa forte alcalinité grâce à l’hydratation du ciment qui produit une solution interstitielle basique de pH élevé (environ 13), apporte aux armatures une excellente protection face à la corrosion. Dans ces conditions de pH, l'acier est protégé grâce à la formation d'un film extrêmement mince et adhérent appelé "film passif " pouvant être constitué de divers oxydes. Alors La corrosion ne se développe pas tant que le béton assure une protection chimique des armatures. Dans la durée de vie d’une structure en béton armé, on peut distinguer deux périodes : Une période d’initiation et Une période de propagation. Fig: la corrosion des armatures 1-Définition : La corrosion est définie comme étant l'interaction physico-chimique entre un métal et son milieu environnant entraînant des modifications dans les propriétés du métal et souvent une dégradation fonctionnelle du métal lui-même. Une autre définition, considère que ce phénomène n’est autre que le retour des métaux et alliage à leurs états naturels de minerais. En tous cas quelle que soit la définition adoptée, la corrosion est une dégradation. Selon le milieu, la corrosion est dite sèche quand elle apparaît dans les environnements gazeux et humide, lorsqu’elle a lieu dans les électrolytes liquides 3 Origines du phénomène : La corrosion des armatures se produit en présence : -d’eau -d’oxygène Elle est favorisée par : - le CO2 - les chlorures La qualité d’exécution du béton est un facteur essentiel dans l’apparition des désordres : présence de fissures ségrégation du béton porosité importante enrobage des armatures 2-Types de corrosion : La corrosion peut affecter le métal par une multitude de moyens qui dépendent de sa nature et des conditions environnementales. Il existe une large classification des diverses formes de corrosion dans lesquelles cinq types principaux ont été identifiés (Tableau 1). Tableau 1. Différents types de corrosion Types Caractéristiques Exemples 1. uniforme Attaque de toute la surface du métal. C’est la forme la plus courante. Oxydation; dissolution active dans l’acide; oxydation et passivité anodiques; polissage chimique et électrochimique; corrosion atmosphérique. 2. localisée Certains secteurs de la surface du métal se corrodent à des taux plus élevés que d'autres dus à l’hétérogénéité de surface dans le métal, l'environnement ou dans la géométrie de la structure dans l’ensemble. Corrosion par crevasse; corrosion bimétallique ; corrosion intergranulaire. 3. corrosion par piqûres Attaque fortement localisée aux secteurs spécifiques ayant pour résultat des petits puits qui pénètrent dans le métal et peuvent mener à la perforation Corrosion par Piqûre des métaux passifs tels que les aciers inoxydables, alliages d'aluminium, etc., en présence des ions spécifiques, par exemple ions C1- . 4. dissolution sélective Un composant d'un alliage (habituellement les plus actifs) est sélectivement enlevé d'un alliage Dézincification des laitons (CuZn). 5. Corrosion sous contrainte Attaque ou rupture localisée due à l'effet d'un facteur mécanique et d'une corrosion. Action conjointe de la corrosion et d'un facteur mécanique Corrosion- Érosion, corrosion sous tension, corrosion par fatigue 4 3-Les phases de dégradation du béton : La corrosion avec formation de rouille des armatures dans les bétons comporte deux phases. Dans une première phase, les éléments agressifs, tels que le dioxyde de carbone (CO2) ou les chlorures (Cl-), présents dans le milieu environnant, pénètrent dans le béton. C'est le stade d'incubation (1). La seconde phase (2) est celle dite de propagation qui commence lorsque ces corps agressifs se trouvent à des concentrations assez fortes au niveau des armatures. Elle correspond à la croissance de la rouille, qui peut ensuite faire éclater le béton d'enrobage (3). Ces étapes se décrivent de la façon suivante : - une première étape concerne le transport des agents agressifs (principalement le gaz carbonique et les chlorures), de l’eau et de l’oxygène, conduisant à l'amorçage de la corrosion (dépassivation des armatures), - une étape de croissance, qui conduit à l’endommagement du béton, et à la formation d’éclats, épaufrures, ruptures, etc. Elle commence lorsque ces corps agressifs se trouvent à des concentrations suffisamment élevées au niveau des armatures. Fig.3.1: Dégradation due à la corrosion 5 Ainsi, pour décrire la corrosion des aciers dans les bétons, il convient de préciser, d'une part pour le stade (1), la pénétration des agents agressifs à travers le béton et, pour le stade (2), les conditions de dépassivation de ces armatures, puis la vitesse de dissolution du métal et la croissance de la rouille 4-Facteurs influents de la corrosion : Les facteurs environnementaux (humidité, température, dioxyde de carbone, ions chlorure) ne peuvent affecter directement le processus de corrosion mais ils peuvent causer des dégradations du béton et accélérer l'entrée d'espèces agressives rendant la solution interstitielle en contact avec l'acier plus corrosive. La température et l'humidité, tout comme les autres facteurs pouvant détériorer le béton, jouent aussi un rôle important dans la corrosion des armatures. La corrosion de l'acier n'est donc pas dépendante d'un unique paramètre mais de plusieurs dont les interactions concourent ou non à la corrosion. 1-Influence de l'enrobage : L'épaisseur de l'enrobage en béton détermine le temps que vont mettre les espèces agressives pour arriver à l'armature. 2-Influence de la composition du béton : Tout ce qui conditionne la solution interstitielle et la porosité du béton est un facteur pouvant affecter ou non la corrosion. Le type et la teneur en liant, les additions minérales et le rapport E/C (Eau/ciment) déterminent la performance d'un béton. 3-Influence de l'humidité : L'effet du taux d'humidité, ou degré de saturation en eau, dans le béton est important car la vitesse de corrosion dépend fortement de ce taux, celui-ci influençant directement la conductivité, la résistivité électrique et la diffusion de l'oxygène. 4-Influence de la résistivité du béton : La résistivité électrique affecte de manière significative la corrosion des armatures puisqu'il existe une relation entre la corrosivité et la résistivité du béton. La résistivité du béton est fonction de la composition de la solution interstitielle, de la microstructure du béton (taille et distribution des pores), de l'humidité et de la teneur en sels ainsi que de la température. 6 5-Effet de l'oxygène : Dissous dans la solution interstitielle, l'oxygène est primordial dans la réaction cathodique du processus de corrosion des armatures dans le béton. 5-Processus de corrosion Le béton en général, assure la protection de l’acier contre la corrosion, cette protection est liée à deux processus: -Chimique, par l’alcalinité produite lors de l’hydratation du ciment. -Physique, par l’enrobage agissant comme une barrière vis-à-vis de l’environnement. Immédiatement après sa mise en place, le béton jeune entourant les armatures constitue une barrière protectrice. Il se produit à la surface de l’acier une fine couche dite de passivation qui protège l’armature. Ce film protecteur est constitué d’oxyde ou d’hydroxyde. D’après les diagrammes tension– pH fondamentaux la composition de cette pellicule protectrice comprend soit du Fe (OH) 2, du Fe (OH) 3, du Fe3O4, Fe2O3 ou FeOOH selon les oxydes pris en compte. En fait la nature exacte du film passif dépend du pH, du potentiel de l’acier et de la teneur en oxygène du milieu. Son épaisseur est très faible (quelques nanomètres) . Une fois que la couche passive se décompose, les secteurs de la rouille commencent à apparaître sur la surface de l’acier. Les réactions chimiques sont identiques si la corrosion se produit par une attaque de chlorure ou par carbonatation. L'acier se dissout dans l'eau interstitielle suivant la réaction anodique Fe → Fe2+ + 2 e-…………………………………………………………………………… Les deux électrons libérés par la réaction anodique doivent être consommés ailleurs sur la surface d’acier pour préserver la neutralité électrique. En d'autres termes, il n'est pas possible que les grandes quantités de charge électrique s'accumulent à un endroit sur l'acier; une autre réaction chimique doit consommer les électrons. C'est une réaction qui consomme l'eau et l’oxygène (la réaction cathodique) O2 +2H2O + 4e- → 4OH- .............................................................................................. Noter que l'eau et l'oxygène sont nécessaires à la cathode pour que la corrosion se produise. La réaction anodique et cathodique (I-7 et I-8) sont les premières étapes pour créer la rouille. Plusieurs étapes doivent se produire. Ceci peut être exprimé en plusieurs manières. Un exemple est montré ci- dessous où l'hydroxyde ferreux devient hydroxyde ferrique qui donne l’oxyde ferrique hydraté. Fe2++ 2(OH)- → Fe (OH) 2 (hydroxyde ferreux).................................................................. (I-9) 4Fe(OH)2 +2H2O + O2 → 4Fe(OH)3 (hydroxyde ferrique)..................................................( I-10) 2Fe(OH)3 → Fe2O3.H2O + 2H2O (Oxyde ferrique hydraté) "rouille"................................. Fe2O3 ou rouille rouge, est le produit de corrosion dont le volume est approximativement quatre fois plus grand que le volume d'acier avec la même masse figure (5.1) Fig.5.1: Expansion de la rouille selon le degré d’oxydation du fer 7 Bien que les réactions additionnelles uploads/Ingenierie_Lourd/ introduction-docxcorrosion.pdf