Étude de la phase initiation de la corrosion des aciers ... · dans les structures en béton armé en milieu marin ... •Axe 1- Érosion interne et durabilité des ouvrages en terre

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Bétons en environnement marin- Application aux Energies Marines Renouvelables

Étude de la phase initiation de la corrosion des aciers dans les structures en béton armé en milieu marin

Ouali AMIRI & Stéphanie BONNET – Université de Nantes

Equipe IEG (Interaction Eau-Géomatériaux) Bouguenais, 6 juillet 2018

Contact: [email protected]


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Equipe Interaction Eau-Géomatériaux

• Axe 1- Érosion interne et durabilité des ouvrages en terre (mots-clés : érosion, digues, durabilité) (D.Marot)

• Axe 2 - Durabilité des ouvrages en béton (mots-clés : transferts, durabilité, béton) (Ouali Amiri)

• Axe 3 - Caractérisations et modélisations pour l'éco-construction (mots-clés: éco-matériaux, valorisation, analyse de cycle de vie) (Philippe Poullain)

Cellule de Valorisation de l’Université de Nantes: Val in BTP (Laurence Guiheneuf)

Objectifs:

Les activités de recherche de l’équipe IEG ont pour principaux objectifs de

contribuer à l’optimisation de la durabilité des ouvrages du génie civil

(bâtiments, infrastructures et ouvrages d’art) et de limiter les impacts de

ces ouvrages sur l’environnement.

3 Axes de Recherche et une filiale de valorisation


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1. Introduction au problème de corrosion des aciers dans le béton

2. Compétences et moyens d'essais spécifiques et différentiants

3. Exemples de réalisations dans des projets

4. Verrous techniques et technologiques et besoins identifiés en termes de R et D.

Plan de la présentation


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1. Introduction : problématique liée à la corrosion

Corrosion

Transfert d’ions chlorures

Carbonatation


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Diagramme de TUUTTI (1982)


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Niv

eau

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sio

n

co

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en

C

l -

temps

C cr

t 1 t 2

Amorçage Propagation Ruine locale

Phase d’amorçage ou d’initiation : Profil de chlorures, coefficient de diffusion : indicateurs de durabilité

Perméabilité, porosité, cycles d’humidification séchage, Fissuration…


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Out

2. Compétences et moyens d'essais spécifiques et

différentiants : Outils de Modélisation


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différentiants : Outils de Modélisation


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différentiants : Outils Expérimentaux

Essais Spécifiques: Porosité à mercure Cellule de perméabilité Cellules de diffusion accélérés d’ions chlorures Essai mécanique en statique et dynamique Cellule de brouillard salin MEB: Technique de la réplique

-

Electrodes de référence

Disque de béton

Cathode Anode

Aval

NaCl+NaOH+KOH

Amont

NaOH+KOH

+

Joint imperméable Δ E

Fixation du disque par

boulons et écrous


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Enceinte climatique

Sondes capacitives

NaOH + KOH +Na Cl (30g/l)

NaCl (30g/l)

HR contrôlée

T= 20°C

Banc de marnage A l’échelle de l’éprouvette

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Profondeur de pénétration (mm)

Ch

loru

res (

% m

asse d

u b

éto

n)

B30-90% B30-75%

B45-90% B45-75%

B45L-90% B45L-75%

Ben Fraj et al. 2012

60 cycles

Grignoteuse et dosage des chlorures


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Couplage endommagement mécanique et perméabilité

Capacité de la presse : 1000kN avec

vérins VDE : Fatigue

Bâti de Compression Uniaxiale

Bâti de Fendage

Bâti de Flexion 3 points & 4 points

Extensomètres Axiaux (détermination du

module d’élasticité)

Extensomètre Circonférentiel (chaînette,

détermination du coefficient de Poisson)

Extensomètres d’Ouverture (détermination

de l’ouverture de fissure).


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Essai de Marnage d’échelle 1

Dimensions: 4x1x2 m

Possibilité de tester: Poteaux Poutres Plateforme flottante en modèle ré duit


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vapsc



Suivi de l’endommagement par des capteurs de fibre optique

‣ Brevet international déposé par l’Université de Nantes (IEG et E3M) (WO2017187090A1 - 2017-11-02)

‣ Avantages:

• Plusieurs mesures multidirectionnelles; • En parallèle (température, dimensions, …) • Acquisition automatique des mesures; • Fiabilité des mesures; • Mesures dès le jeune âge du matériau cimentaire;

‣ Objectifs: • Plus de précisions sur le comportement mécanique et physico-

chimique des matériaux dans les ouvrages (Pathologies, retraits, fissurations…)

• Optimiser la maintenance des ouvrages

Exemple de Capsule d’emplacement de la fibre optique 3D


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o Projet ANR EvaDéOS (TRUST) (2015)

Evaluation non destructive pour la prédiction de la Dégradation des structures et l’Optimisation de leur Suivi Cas étudié : Quai du port de Saint-Nazaire (http://www-lmdc.insa-toulouse.fr/evadeos/accueilevadeos.htm)

o Projet FUI MAREO (TRUST) (2010)

- Réparation par mortiers et bétons ainsi qu'aux revêtements superficiels des ouvrages exposés aux cycles de marnage d'eau de mer - Optimiser la maintenance et la réparation en évaluant les indicateurs performantiels de durabilité de ces

matériaux. (www.arcadis-fr.com/Content/ArcadisFR/docs/Mareo.pdf‎)

o Projet FUI MAREVA (SOLETANCHE BACHI) (2013)

Optimiser le choix des bétons et la validation des protocoles expérimentaux en vue d’utilisation dans les travaux d’aménagements portuaire. (http://www.bluering.fr/fr/fui)

http://www-lmdc.insa-toulouse.fr/evadeos/accueilevadeos.htm















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o ANR MODEVIE (MOE) (encours)

Modélisation du couplage transfert de chlorures et carbonatation dans les bétons Influence des granulats, Mise en évidence de l’épaisseur de convection, confrontation avec modèles ingénieurs

o Projet région ADAPTCLIM (TRUST) (2017)

Etude de l’effet du changement climatique sur le transfert de chlorures dans le béton

o Action COST TU 1404 (en cours)

Etude de l’influence de la salinité sur le transfert d’ions chlorures dans les bétons

o Projet Européen DURATINET (2014) Création d’une base de données DB-DURATI sur la maintenance des ouvrages maritimes dans l’espace atlantique européen


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o Projet Amorçage WEAMEC (IFSTTAR)

Couplage des mesures CND et modèle de diffusion des chlorures dans d’un flotteur en béton - Master de l’Ecole Centrale : Mohamad Khodor El ACHRAFI: soutenance 6 juillet 2018

o Projet NEXT DEMCOM (IFSTTAR, INRA) Projet interdisciplinaire combinant 3 domaines de recherche, la durabilité, l’instrumentation des structures et l’analyse de cycle de vie, afin de concevoir au mieux les parties béton des éoliennes offshores : maximiser leur durée d’utilisation tout en minimisant leur impact environnemental.


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4. Verrous techniques et technologiques

et besoins identifiés en termes de R et D

Contexte local d’éoliennes offshores : cas de FLOATGEN

Conditions d’exposition

Problème de durabilité


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4. Verrous techniques et technologiques

et besoins identifiés en termes de R et D

• Etude expérimentale du couplage transfert de chlorures et endommagement (retrait, fatigue…) de l’échelle de de l’éprouvette à l’échelle de l'élément de la structure et de modèle de réduit de plateformes flottantes: banc de marnage d’échelle 1

• Alimenter les modèles prédictifs par des mesures de paramètres d’entrée : Humidité,

température, chlorures, déformation… : Essais non destructifs par des capteurs • Considérer l’aléa lié aux sollicitations du vent et de la houille pour l’étude de la fatigue des Plateformes en béton • Adaptation des modèles prédictifs e la durée de la vie dans le cas plateformes flottantes: conditions aux limites • Etude de l’impact environnemental des éoliennes offshores


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