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
codir du 9 décembre 20083
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
codir du 9 décembre 20084
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
codir du 9 décembre 20085
Rappel sur la corrosion
- Carbonatation (CO2)- Pénétration des chlorures (Cl-)
Formation d’oxydes de mer expansifs
Rupture de la couche passive
codir du 9 décembre 20086
Rappel sur la corrosion
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
codir du 9 décembre 20087
- 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
Incubation Amorçage Propagation Ruine
Traitement préventif
Objectifs :- Garantir une protection suffisante des armatures vis-à-vis de la pénétration des agents agressifs
codir du 9 décembre 20088
Traitement des structures corrod ées
Temps
Dég
rada
tions
Seuil de passivité
Incubation Amorçage Propagation Ruine
Traitement préventif/curatif
- Protection de surface (peintures, revêtements)- Réalcalinisation- Déchloruration
Objectifs :- Stopper la pénétration des agents agressifs- Restaurer le milieu passivant- Extraire les polluants
codir du 9 décembre 20089
Traitement des structures corrod ées
Temps
Dég
rada
tions
Seuil de passivité
Incubation Amorçage Propagation Ruine
Traitement préventif/curatif
- Réparations conventionnelles (ragréages, reconstitution du béton d’enrobage)- Protection par courant imposé- Protection par anodes
codir du 9 décembre 200810
Protection cathodique
Formation d’oxydes de mer expansifs
Protection cathodique
codir du 9 décembre 200811
Protection cathodique
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
codir du 9 décembre 200812
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
codir du 9 décembre 200813
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
codir du 9 décembre 200814
Protection cathodique par anodes galvaniquesDifférents systèmes d’anodes galvaniques
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)
codir du 9 décembre 200815
Protection cathodique par anodes galvaniquesDifférents systèmes d’anodes galvaniques
Anodes discrètes en réseau « Systèmes en peigne »
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
codir du 9 décembre 200816
Protection cathodique par anodes galvaniquesDifférents systèmes d’anodes galvaniques
Anodes discrètes en réseau « Systèmes en peigne »
codir du 9 décembre 200817
Protection cathodique par anodes galvaniquesDifférents systèmes d’anodes galvaniques
Anodes discrètes en réseau « Systèmes en peigne »
codir du 9 décembre 200818
Protection cathodique par anodes galvaniquesDifférents systèmes d’anodes galvaniques
Anodes surfaciques
Bandes de zinc collées
Projection thermique de
zinc
codir du 9 décembre 200819
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
codir du 9 décembre 200820
Protection cathodique par anodes galvaniquesPrescription
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)
codir du 9 décembre 200821
Protection cathodique par anodes galvaniquesPrescription
Phénomène de corrosion induite « Macro-pile »
Réparation « conventionnelle »
codir du 9 décembre 200822
Protection cathodique par anodes galvaniquesPrescription
Phénomène de corrosion induite « Macro-pile »
codir du 9 décembre 200823
Protection cathodique par anodes galvaniquesPrescription
Phénomène de corrosion induite « Macro-pile »
codir du 9 décembre 200824
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
Protection cathodique
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
codir du 9 décembre 200825
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)
codir du 9 décembre 200826
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)
codir du 9 décembre 200827
Protection cathodique par anodes galvaniquesContrôles – Intensité du courant
- Suivi du bon fonctionnement des anodes- Calcul de la durée de vie résiduelle des anodes
codir du 9 décembre 200828
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
codir du 9 décembre 200829
Protection cathodique par anodes galvaniquesContrôles – Potentiels On/Off
Exemple : Potentiel Off
codir du 9 décembre 200830
Protection cathodique par anodes galvaniquesContrôles – Potentiels On/Off
Exemple : Potentiel On
Seuil NF EN12696 (PCCI) : -720 mV / Ag/AgCl
codir du 9 décembre 200831
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 !
codir du 9 décembre 200833
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