Protéger les bétons contre la corrosion liée à l'air

La corrosion désigne le phénomène de dégradation de l’état d’un matériau, notamment par une pollution environnementale chimique et/ou biologique.

Dans le cadre de la prévention de la corrosion de bétons par exposition à l’air, deux solutions principales existent :

• L’application d’un revêtement protecteur sur les parties à protéger ;
• L’utilisation de produits d’imprégnation.

1. Description du phénomène

La corrosion désigne le phénomène de dégradation de l’état d’un matériau, notamment par une pollution environnementale chimique et/ou biologique. Dans le cas des bétons, la corrosion désigne la dégradation du béton mais elle peut aussi désigner celle des matériaux intégrés au béton lorsqu’il est armé ou fibré (notamment par des fibres métalliques).

La corrosion des bétons est la conséquence de nombreux mécanismes parmi lesquels notamment :

• L’hydrolyse du liant du ciment durci,
• La corrosion chimique, résultat de réaction entre le calcium de la chaux et des ions dans des solutions agressives,
• Des réactions d’expansions, résultats de réactions chimiques ou de cristallisation de sels.

Elle peut être divisée entre trois catégories :

• Les attaques externes sur le béton seul,
• Les attaques internes sur le béton seul,
• Les attaques externes sur les armatures / fibres.

Ces différents types de corrosion sont résumés dans la figure ci-dessous :

Figure 1 - Types de corrosion. D’après Dierkens M., 2011.

La norme NF EN 206+A1 définit des classes d'agressivité de solutions et de sols vis-à-vis des bétons classiques. Selon le type d’exposition, les classes d’exposition diffèrent selon qu’il s’agisse :

• D’expositions courantes :
  • X0 : Pas d’agression,
  • XC : Agression par Carbonatation,
  • XF : Agression par le Froid,
     
• D’expositions particulières :
  • XS : Agression par des Sels marins,
  • XD : Agression par des sels Divers,
  • XA : Agression par des Attaques chimiques (Type d'agression qui concerne plus particulièrement le domaine des Sites et Sols Pollués). 

En ce qui concerne la corrosion des bétons par l’air, elle est principalement liée aux concentrations en CO₂, en H₂S et en SO₂, présentes dans l’air en contact avec le béton. Le lecteur est invité à consulter l’article d’Hermann (1995), qui présente le degré d’agressivité d’une liste importante de substances (voir le paragraphe Références).

a. L’action du CO₂ : la carbonatation du béton et l’attaque des armatures

Le dioxyde de carbone pénètre dans le béton et réagit avec la chaux contenue dans le béton pour donner des carbonates de calcium.

Ca(OH)₂ + CO₂ ==> CaCO₃ + H₂O

Le pH de la solution interstitielle du béton diminue en passant de pH=11/13 à pH<9. Le front de carbonatation avance progressivement jusqu’aux armatures / fibres où leur dépassivation intervient. La corrosion du métal peut alors commencer, notamment à cause de l’oxygène de l’air et des ions chlorures (potentiellement présents dans les eaux pouvant pénétrer dans le béton endommagé, notamment en période hivernage lorsque les routes sont salées).

Voir Protéger les bétons contre la corrosion liée aux chlorures

b. L’action du H₂S et SO₂ présents dans l’atmosphère

Des ions SO₄^2- peuvent provenir de l’hydratation de SO₂, issu de la combustion des énergies fossiles et de l’oxydation du H₂S, tous deux présents dans l’atmosphère.
Cette eau chargée en SO₄^2- peut ensuite s’écouler sur le béton et réagir avec le ciment en formant une gypse gonflante pouvant aboutir à la fissuration et à l'éclatement superficiel du béton

Voir Protéger les bétons contre la corrosion liée aux sulfates

Il convient également de noter que cette eau est généralement acide, ce qui accentue la réaction avec la solution interstitielle basique.

2. Solutions envisageables

Les solutions ci-dessous présentent les techniques envisageables pour empêcher ou ralentir la pénétration d’un fluide (eau ou air). 

a. L’application d’un revêtement protecteur sur les parties à protéger

• Soit un film mince de type peinture,
   
• Soit un revêtement semi-épais à comportement élastoplastique. Ce comportement permet au revêtement de revenir à son état initial tant que l’étirement subi ne dépasse une valeur maximale d’étirement (comportement élastique). Si l’étirement augmente et dépasse cette valeur, la déformation est irréversible et le matériau ne pourra plus revenir à son état initial (comportement plastique),
   
• Soit un revêtement ou équipement (par exemple pieux tubés) épais (plastique ou métallique. Dans ce dernier cas, l’épaisseur du revêtement pourra être calculée en fonction de la durée de vie recherchée et de la vitesse de corrosion du métal).

b. L’utilisation de produits d’imprégnation

• Soit de produits hydrophobes. Cela consiste à introduire dans les pores du béton, un produit qui empêche l’adsorption et la pénétration de l’eau par capillarité,
   
• Soit de minéralisateurs obturateurs de capillaires. Ils sont mélangés au béton à l’état liquide et vont diminuer la taille des pores du ciment durci,
   
• Soit d’inhibiteurs de corrosion. Introduits par imprégnation du béton durci, les inhibiteurs de corrosion ralentissent la vitesse de corrosion des armatures,
   
• Soit d’adjuvants limitant le craquage du béton.

Produits d’imprégnation : Contrôler la composition du béton au moment de la fabrication.

Revêtements :

Contrôler l'état et l'étanchéité du revêtement :

• lors de l'application,
• s'il est accessible, selon les préconisations du fabricant, de l'installateur ou d'une société compétente.

Faire appel à une société spécialisée.

1. Bibliographie

BRGM (Août 2014) 
Guide relatif aux mesures constructives utilisables dans le domaine des SSP
Leprond H., Lion F., Colombano S. avec la collaboration de Windholtz J.(2014)
Rapport final BRGM/RP-63675-FR,172p., 26 fig., 19 tabl., 5 ann.
http://ssp-infoterre.brgm.fr/guide-relatif-aux-mesures-constructives
http://infoterre.brgm.fr/rapports/RP-63675-FR.pdf

Dierkens M. (2011)
Principales agressions et attaques du béton
Présentation du 15 novembre 2011
https://fr.scribd.com/document/364533421/1-Principales-Agressions-Et-Attaques-Du-Beton-Dierkens

Hermann, K. (1995)
Substances exerçant une action chimique sur le béton
http://doi.org/10.5169/seals-146377

NF EN 206+A1 (Novembre 2016)
Béton - Spécification, performances, production et conformité
https://www.boutique.afnor.org/norme/nf-en-206a1/beton-specification-performances-production-et-conformite/article/918602/fa188531