Diagnostic
La fiabilisation du diagnostic passe notamment par un suivi en continu et in situ des paramètres représentatifs du vieillissement des ouvrages et de leur dégradation par la corrosion. Les résultats doivent être une aide aux gestionnaires d’ouvrages pour décider d’un plan de maintenance, de réparation, de renforcement.
L’une des clés pour atteindre, voire rallonger la durée de service des structures prévue à leur conception, est la surveillance des phénomènes de vieillissement (prévisibles et/ou pathologiques) comme la corrosion des armatures dans le béton, liée à la carbonatation, la présence d’ions chlorure voire la combinaison des deux. Pour certains ouvrages, la corrosion des armatures est même identifiée comme étant le principal mode de ruine.
L’évaluation non destructive de l’état de corrosion d’un ouvrage repose aujourd’hui sur les méthodes électrochimiques couplées aux mesures d’enrobage / carbonatation / dosage chimique des ions chlorures qui ne fournissent, au mieux, qu’une probabilité d’activité de la corrosion, au moment de la mesure (mesures de potentiel) et souvent très localisée. Cette probabilité est en outre fortement variable avec les conditions de température et d’humidité, le mode opératoire et le béton support (composition, carbonatation, état de surface) des zones de mesure.
Dans un premier temps, l’objectif sera de proposer des développements scientifiques sur la corrosion des aciers dans le béton. Ces développements devront s’appuyer avant tout sur un retour aux fondements théoriques relatifs à l’électrochimie et à la thermodynamique de la corrosion de l’acier dans le béton. Il s’agit d’appréhender la physique des différents types de systèmes électrochimiques susceptibles d’être rencontrés dans le béton armé à savoir la corrosion uniforme et la corrosion localisée.
Sur la base de ces connaissances théoriques, la réflexion portera ensuite sur l’étude globale du système de mesure de la résistance de polarisation de l’acier :
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Définition de la géométrie de la sonde ; il convient de définir les dimensions de la sonde (diamètre intérieur et extérieur de l’anneau servant de contre électrode) en fonction notamment des dimensions du réseau d’armatures et de la taille de la zone anodique à caractériser en
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corrosion localisée. Cette analyse doit se faire concomitamment aux développements qui seront entrepris dans le WP3.
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Étude du comportement de la sonde ; en fonction de la géométrie qui sera retenue, une étude numérique permettra de comprendre le comportement de la sonde dans différents contextes. Corrosion uniforme et localisée seront testées. Les configurations géométriques du réseau d’armatures rencontrées sur ouvrages seront étudiées. Si la sonde est pilotée en fonctionnement galvanostatique, l’étude de l’influence de l’intensité du courant injecté sera effectuée. Enfin, les caractéristiques électrochimiques de l’acier (constantes de Tafel) feront l’objet d’une étude de sensibilité afin de s’assurer de la bonne interprétation des mesures dans un domaine d’étude donné.
Cette étude permettra de faire émerger l’ensemble des paramètres influents dans la réponse du système électrochimique de la sonde développée. La caractérisation de certains de ces paramètres pourra donc s’avérer nécessaire pour leur prise en compte dans le processus de caractérisation de la corrosion. Ainsi, l’épaisseur du béton d’enrobage et sa résistivité électrique seront très probablement des paramètres clés qu’il conviendra d’évaluer en complément de la seule mesure effectuée par la sonde.
Développement de la méthodologie de diagnostic de la corrosion (M13-M21)
Sur la base des résultats du modèle numérique précédent et de l’analyse des paramètres influents, la réflexion portera ensuite sur l’élaboration du protocole de mesure de la résistance de polarisation de l’acier en respectant les contraintes suivantes :
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identification préalable du type de corrosion ;
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prise en compte du type de corrosion dans le protocole de mesure de la cinétique et dans le mode d’interprétation des informations électriques collectées en surface
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Des abaques et des lois de correction seront alors construites afin de remonter aux propriétés électrochimiques de l’acier (potentiel et courant) à partir des valeurs qui sont mesurées à la surface du béton.Des préconisations quant à l’utilisation de la sonde (gamme de courant à injecter, vérification des conditions de linéarité en corrosion uniforme) seront étudiées afin de proposer une méthodologie globale (sonde, abaques et recommandations) pour l’utilisation correcte de la sonde.Il en résultera une méthode opérationnelle et originale, adaptée à cette problématique de la corrosion dans le béton armé. Une étude de faisabilité sur l’extension et l’adaptation de cette sonde dans d’autres situations de corrosion pourra être alors envisagée.L’objectif principal de ce work package consiste en la conception et le développement d’une sonde de corrosion ou d’une gamme de sonde appliquée principalement aux ouvrages en béton armé et structures enterrées ou immergées. Cette sonde intègrera le principe de mesure modélisé et testé durant le WP2 pour garantir une mesure fiable et de qualité. Les principales avancées technologiques de ce WP3 seront relatives à la mise au point d’une technologie permettant de garantir un contact électrolytique permanent entre capteur et substrat et l’intégration de systèmes électroniques de petite taille permettant d’assurer à la sonde un rapport encombrement/autonomie minimal.
Description du travail :
La corrosion est l’interaction entre un matériau et son environnement. La mesure de la corrosion repose donc sur le principe de la connaissance du matériau en présence et de cet environnement. Lorsque l’environnement est hétérogène et variable dans le temps (paramètres physicochimiques évolutifs), la mesure de la corrosion devient plus délicate. Le principal objectif de la sonde de corrosion, ou de la gamme de sonde, est donc de pouvoir réaliser des mesures de vitesses de corrosion qui prennent en considération le caractère hétérogène et variable avec le temps des différents milieux concernés tels que les bétons, les sols ou les sols gorgés d’eau.