Anodes galvaniques - CoTITA National · 2 codir du 9 décembre 2008 5 Protection cathodique par anodes galvaniques Dimensionnement - Estimer par le calcul de besoin de courant de

CROA

Saint-Nazaire, Le 31 mai 2012

www.developpement-durable.gouv.fr

Ministère de l'Écologie, de l'Énergie,du Développement durable et de l'Aménagement du territoire

Anodes galvaniquesPour le traitement de la corrosion des armatures dans le b éton

B. Thauvin, CETE de l’Ouest

codir du 9 décembre 20082

Contexte, enjeux

Patrimoine des ponts sur le RRN

48%

26%

11%

3%

1%

4%

4%

4%

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50%béton

précontraint

béton armé

Tablier mixte

buses béton

buses métalliques

Maçonnerie

Autres

Acier

Surface de tablier (%) par type de matériau

74 % d’ouvrages en béton


Contexte, enjeux

~ 40 % > 36 ans~ 60 % entre 0 et 36 ans

Parc vieillissant

Probabilité de dégradations forte à moyen/long terme

Cause principale de dégradation :

Corrosion des armatures

- Carbonatation- Chlorures


Rappel sur la corrosion

Temps

Dégradations

Seuil de passivité

Incubation Amorçage Propagation Ruine

Diagnostic

Pas de dégradations visibles (pénétration CO2 et Cl-)

Phénomènes non visibles mais mesurables

Phénomènes visibles à l’oeil



- Carbonatation (CO2)- Pénétration des chlorures (Cl-)

Formation d’oxydes de mer expansifs

Rupture de la couche passive



Dégradation évolutive

Fissures le long des armatures(avec ou sans tâches de rouille)

Amorçage d’éclats de béton

Éclats de béton avec armatures apparentes

Perte de section des armatures

Réduction de la capacité portante

1

2

3

4

5


- Enrobage suffisant- Béton de qualité- Conception, Exécution- Maintenance (ragréages locaux et protection de surface)

Traitement des structures corrod ées

Temps

Dég

rada

tions

Seuil de passivité


Traitement préventif

Objectifs :- Garantir une protection suffisante des armatures vis-à-vis de la pénétration des agents agressifs



Temps

Dég

rada

tions

Seuil de passivité


Traitement préventif/curatif

- Protection de surface (peintures, revêtements)- Réalcalinisation- Déchloruration

Objectifs :- Stopper la pénétration des agents agressifs- Restaurer le milieu passivant- Extraire les polluants



Temps

Dég

rada

tions

Seuil de passivité


Traitement préventif/curatif

- Réparations conventionnelles (ragréages, reconstitution du béton d’enrobage)- Protection par courant imposé- Protection par anodes


Protection cathodique

Formation d’oxydes de mer expansifs




Pas vraimentNF EN 12696Critères de performance

Uniquement si prévuOuiMesure du courant

OuiNonConsommation de l’anode

- Fluctue selon de la demande de l’armature

- Débité par le couple anode/cathode

- Constant dans le temps

- Choisi au préalable

- Débité par un générateur

Le courant

Anodes galvaniquesCourant imposé


Protection cathodique par anodes galvaniques

Avantages« revendiqués »

- Pas de besoin de source d’énergie extérieure

- Protection complémentaire aux réparations conventionnelles- Préparation de surface simplifiée

- Faibles coûts des contrôles et de la maintenance- Utilisation possible pour le béton précontraint

Limites« reconnues »

- Valeurs de potentiel et de densité de courant limitées

- Durée de vie des anodes restreinte

- Surveillance possible uniquement dans des zones prévues initialement

- Peu de retour sur des critères de performance


Protection cathodique par anodes galvaniquesDifférents systèmes d’anodes galvaniques

Anodes discrètes installées sur armatures

- Prévention de l’apparition de corrosion induite par des réparations ponctuelles- Noyau d’alliage enveloppé d’un mortier cimentaire (ou matrice hydraulique)- Système de liaison pour fixation et connexion électrique aux armatures



Anodes discrètes en réseau « Systèmes en peigne »

- Traitement de surfaces plus importantes

- Amélioration de l’homogénéité de la protection

- Posées dans des forages et reliées en peignes

- Noyau d’alliage sacrificiel (divers formats) enveloppé d’un mortier cimentaire spéciale (ou matrice alcaline)




Anodes en ligne :Traitement de zone linéique(Talon de poutre par ex.)

Anodes en boucle :Traitement de zone linéique à forte densité

Anodes en quinconce :Traitement de zone surfacique









Anodes surfaciques

Bandes de zinc collées

Projection thermique de

zinc


Protection cathodique par anodes galvaniquesPrescription

La structure a-t-elle besoin d’être réparée?

Réparation « conventionnelle »

NF EN 1504-X*

Réparation« électrochimique »

Anodes galvaniques Courant

imposé

Anodes discrètes

Anodes surfaciques

Non

Et/Ou

*NF EN 1504-X : Produits et systèmes pour la protection et la réparation des bétons



Dans les zones visuellement saine : - PCAG = Alternative à la purge du béton, notamment polluépar les chlorures- Prévention des phénomènes de corrosion induite

Dans les zones présentant des éclats de béton, des fissures :Réparation conventionnelle (piquage, nettoyage, mortier)



Phénomène de corrosion induite « Macro-pile »

Réparation « conventionnelle »








Protection cathodique par anodes galvaniquesDimensionnement

2 niveaux de protection (selon NF EN 12696)

2 à 20

Haut niveau de protection, Arrêt de la corrosion active


0,25 à 2,0Empêche l’apparition

de nouveaux sites de corrosion

Prévention cathodique

Densité de courant

(mA/m ²)

DescriptionNiveau de

protection

Protection cathodique par courant imposé

Protection cathodique par Anodes galvaniques


Protection cathodique par anodes galvaniquesDimensionnement

- Estimer par le calcul de besoin de courant de protection

* Hypothèse fonction de l’état de la structure (diagnostic)

- Déterminer la masse d’anodes

* Fonction de la capacité des anodes (constructeurs)

* Fonction de la durée de vie exigée dans le CCT (15 à 40 ans)

- Déterminer le nombre et la position des anodesFourniture d’une nomenclature (plan) :- Repérage et numérotation des zones et de la forme des anodes- Type et nombre d’anodes

Pré-requis :- Diagnostic de durabilité du béton armé- Plan de ferraillage et de coffrage, exposition (humidité)


Protection cathodique par anodes galvaniquesContrôlesContrôles préliminaires :- Caractéristiques des anodes (masse, dimensions)- Présence éventuelle de défauts- Numéro de lot et de référence- Continuité électrique des armatures

Indicateurs à suivre :- Intensité du courant- Dépolarisation- Potentiel de protection ON/OFF

* Mesures sur des surfaces de référence représentatives (accès après replis de l’entreprise)* Enregistrement à partir d’un système de monitoring (variabilité)


Protection cathodique par anodes galvaniquesContrôles – Intensité du courant

- Suivi du bon fonctionnement des anodes- Calcul de la durée de vie résiduelle des anodes


Protection cathodique par anodes galvaniquesContrôles – Dépolarisation

- Écart entre le potentiel des armatures protégées (« On ») et le potentiel libre des armatures (« Off »)- Écart mesuré sur 24h

Évaluation de l’efficacité de la protection


Protection cathodique par anodes galvaniquesContrôles – Potentiels On/Off

Exemple : Potentiel Off


Protection cathodique par anodes galvaniquesContrôles – Potentiels On/Off

Exemple : Potentiel On

Seuil NF EN12696 (PCCI) : -720 mV / Ag/AgCl


Conclusions

Diagnostic préalable capital et indispensable

Effective pour éviter l’apparition de nouveaux sites de corrosion (béton pollué par Cl- par ex.)

Rôle préventif en complément des réparations conventionnelles (éviter le formation d’une « macro-pile »)

Adaptée aux structures en BA en milieu aérien humide

Coût d’installation important (mais bilan à faire sur le cycle de vie de l’ouvrage)

Contrôles spécifiques et suivi dans le temps (mesures et enregistrements périodiques => coût à prendre en compte)

Large choix de procédés et d’anodes

Garantie contractuelle : 5 à 10 ans en général (critères ?)

Compétence du personnel : Certification EN15257 (3 niveaux)

Absence de référentiel normatif !


Conclusions

Plan de recollement


Conclusions

Guide pratique à l’attention des :- Gestionnaire,- Moe,- Entreprises,- Fournisseurs de procédés,- Laboratoires d’études et de contrôles.

Donne les éléments de compréhension de la technique :- Principes,- Modes de conception et de dimensionnement- Contrôles à la réception et contrôles de suivi,- Domaines d’applications, durabilité, garanties

Documents

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