L’attaque par les chlorures est la pénétration d’ions chlorure provenant des sels de déverglaçage, des environnements marins ou des matériaux contaminés dans le béton, détruisant le film d’oxyde passif sur l’acier d’armature et initiant une corrosion par piqûres. C’est la principale cause de détérioration prématurée des tabliers de ponts et des structures de stationnement en béton. Couvre le seuil de chlorure, la diffusion, les essais et les stratégies de prévention.
L’attaque par les chlorures est l’ingression d’ions chlorure (Cl⁻) dans le béton, conduisant à la dépassivation et à la corrosion des armatures en acier noyées. Elle est largement reconnue comme la cause unique la plus fréquente de détérioration prématurée due à la corrosion des structures en béton armé dans le monde. Selon l’ACI 222R-01 (Protection des Métaux dans le Béton Contre la Corrosion), l’exposition du béton armé aux ions chlorure est la cause principale de corrosion prématurée des armatures en acier. Contrairement à l’attaque sulfatique qui dégrade la matrice du béton elle-même, l’attaque par les chlorures cible les armatures tout en laissant la matrice du béton largement intacte jusqu’à ce que les produits de corrosion expansifs provoquent fissuration et éclatement.
Le processus commence lorsque les ions chlorure pénètrent l’enrobage de béton par divers mécanismes de transport et s’accumulent à la profondeur des armatures. Lorsque la concentration de chlorure à la surface de l’acier dépasse un seuil critique, le film passif protecteur qui protège normalement l’acier se rompt localement et une corrosion active s’initie. Cela rend l’attaque par les chlorures fondamentalement différente des autres mécanismes de détérioration du béton — c’est un processus électrochimique entraîné par la formation de piles de corrosion sur les armatures, et non une réaction chimique dans la pâte de ciment.
Les sels de déverglaçage sont la source la plus courante pour les structures routières et d’infrastructure dans les climats froids. Le chlorure de sodium (NaCl), le chlorure de calcium (CaCl₂) et le chlorure de magnésium (MgCl₂) sont appliqués sur les routes, les ponts et les structures de stationnement pendant les mois d’hiver. Ceux-ci créent des solutions concentrées de chlorure sur les surfaces en béton, avec des concentrations typiques dans les eaux de ruissellement atteignant 20 000–25 000 mg/L Cl⁻. Les zones d’éclaboussures et de projections sur les tabliers de ponts, les poutres de rive et les dalles de stationnement sont les plus vulnérables, classées comme conditions XD3 selon l’Eurocode 2 (exposition cyclique humide/sec). Aux États-Unis seulement, environ 20 à 25 millions de tonnes métriques de sel de déverglaçage sont appliquées annuellement sur les routes, ce qui en fait la source dominante de chlorures pour les infrastructures civiles.
Les environnements marins représentent la deuxième source majeure. L’eau de mer contient environ 19 000–20 000 mg/L (ppm) d’ions chlorure. Les structures en environnements côtiers sont classées par classe d’exposition : XS1 pour l’exposition aux sels atmosphériques (structures côtières non en contact direct), XS2 pour les structures immergées en permanence, et XS3 pour les zones de marée, d’éclaboussures et d’embruns. La classification XS3 est la plus sévère car le cyclage humide/sec concentre les chlorures à la surface du béton par évaporation. Les embruns salins transportés par le vent peuvent transporter les chlorures jusqu’à 10 kilomètres à l’intérieur des terres dans les régions côtières. Les zones d’éclaboussures marines connaissent les taux d’accumulation de chlorure les plus élevés, atteignant souvent des concentrations superficielles de 1 à 2 % de chlorure par poids de béton en quelques années d’exposition.
Les granulats contaminés peuvent introduire des chlorures dans toute la masse du béton dès la mise en place, plutôt que par ingression superficielle. Cela se produit lorsque des granulats marins dragués non lavés ou des granulats provenant de sources salines sont utilisés dans la production de béton. Selon l’ACI 318, les limites maximales de teneur en ions chlorure solubles dans l’eau sont strictement prescrites : 0,06 % par poids de ciment pour le béton précontraint, 0,15 % pour le béton armé exposé aux chlorures en service, 0,30 % pour les autres bétons armés, et 1,00 % pour le béton armé sec ou protégé de l’humidité. Les eaux souterraines dans les régions arides ou les aquifères côtiers peuvent contenir des niveaux élevés de chlorures, affectant les structures souterraines, les fondations et les tunnels. Les structures enterrées à plus d’un mètre sous le niveau de la chaussée sont classées comme XD2 (humide, rarement sec) selon l’Eurocode 2.
Historiquement, le chlorure de calcium était utilisé comme adjuvant accélérateur à des dosages allant jusqu’à 2 % du poids de ciment. Cependant, l’ACI 318 interdit désormais le chlorure de calcium ou les adjuvants contenant des chlorures dans le béton précontraint, le béton avec aluminium noyé, ou le béton exposé à des conditions sulfatiques sévères. Il est important de noter que les accélérateurs contenant des chlorures, tels que le nitrite de calcium et le nitrate de calcium, peuvent faussement élever les lectures dans l’Essai de Perméabilité Rapide aux Chlorures (ASTM C1202), créant une impression trompeuse de la qualité du béton.
Le seuil de chlorure ou concentration critique de chlorure (Ccrit) est la teneur minimale en chlorure à la profondeur de l’acier nécessaire pour initier une corrosion active. Selon l’ACI 222R-01, lorsque la teneur en chlorure dépasse ce seuil, la corrosion peut se produire à condition que l’oxygène et l’humidité soient présents. Le seuil traditionnel utilisé aux États-Unis est de 0,4 % de chlorure total par poids de ciment, correspondant à environ 0,6–0,9 kg/m³ de béton. Une valeur plus conservative de 0,2 % par poids de ciment est utilisée dans certains modèles de prédiction de durée de vie. Les spécifications européennes utilisent parfois 0,05 % de chlorure soluble dans l’eau par poids de béton. Dans la littérature, la plage typiquement citée est de 0,03–0,07 % de chlorure soluble dans l’eau ou 0,06–0,20 % de chlorure soluble dans l’acide par poids de ciment.
Pour l’acier de précontrainte, le seuil de chlorure est significativement plus bas. L’ACI 222R-01 note que bien que 0,4 % Cl⁻ soit typiquement utilisé pour les armatures conventionnelles, la corrosion de l’acier de précontrainte peut se produire à des valeurs seuils plus faibles, rendant les structures précontraintes particulièrement vulnérables à la rupture fragile induite par les chlorures.
Le seuil de chlorure n’est pas une valeur unique fixe — il dépend de multiples facteurs interdépendants. Le type de ciment joue un rôle majeur : une teneur plus élevée en aluminate tricalcique (C₃A) lie davantage de chlorures dans le sel de Friedel, augmentant le seuil effectif. Un ciment de type I/II avec une teneur en C₃A de 8–14 % offre une meilleure liaison des chlorures qu’un ciment de type V avec un C₃A inférieur à 5 %. Le pH de la solution interstitielle est tout aussi critique. Le pH normal de la solution interstitielle du béton varie de 13,0 à 13,5, maintenant un film passif stable sur l’acier. Selon le critère de Hausmann établi en 1967, le rapport critique [Cl⁻]/[OH⁻] pour la dépassivation est d’environ 0,6. À pH 13,3, [OH⁻] ≈ 0,04 M, donc la concentration critique de chlorure dans la solution interstitielle est d’environ 0,024 M soit environ 850 ppm. Cela correspond approximativement au seuil de 0,4 % Cl⁻ par poids de ciment dans le béton sur le terrain.
La carbonatation abaisse le pH de la solution interstitielle et réduit le seuil de chlorure, créant un mécanisme de détérioration combiné qui peut être plus sévère que l’un ou l’autre processus pris isolément. La température affecte également le seuil — des températures plus élevées accélèrent la cinétique et réduisent la concentration seuil. L’état de surface de l’acier importe également, l’acier pré-rouillé présentant un comportement de seuil différent de celui de l’acier propre. Enfin, la qualité du béton influence le seuil apparent : un rapport eau-ciment plus faible produit une matrice plus dense, ce qui augmente le seuil apparent à la surface de l’acier en limitant la disponibilité locale d’humidité et d’oxygène.
À l’interface acier-béton, le film passif est stable dans une plage de potentiel électrochimique spécifique. Les ions chlorure provoquent une rupture localisée du film passif lorsque le potentiel de corrosion (Ecorr) dépasse le potentiel de piqûration (Epit). La différence entre Ecorr et Epit détermine la susceptibilité à l’initiation de piqûres. Des concentrations de chlorure plus élevées déplacent Epit vers des potentiels plus négatifs (actifs), rendant la dépassivation plus probable. Une fois la piqûration initiée, l’environnement local à l’intérieur de la piqûre s’acidifie, le pH chutant à 2–4, créant une pile de corrosion autocatalytique qui se maintient indépendamment des conditions du béton environnant.
La RILEM TC 235-CTC a spécifiquement abordé la complexité des concentrations seuils de chlorure dans le béton, concluant que le seuil n’est pas une valeur unique mais dépend de la composition de la solution interstitielle du béton, de l’état de l’interface acier-béton, des conditions d’exposition et de la méthode de mesure (chlorure total vs. libre). Cette compréhension a des implications importantes pour la modélisation de la durée de vie et la rédaction de spécifications.
Le principal mécanisme de transport des chlorures dans le béton saturé est la diffusion, régie par les gradients de concentration. La deuxième loi de Fick est l’équation directrice :
∂C/∂t = D × ∂²C/∂x²
Où C est la concentration de chlorure à la profondeur x et au temps t, et D est le coefficient de diffusion des chlorures. La solution pour un milieu semi-infini avec une concentration superficielle constante est :
C(x,t) = Cₛ − (Cₛ − Cᵢ) × erf[x / (2√(Dₐ × t))]
Où Cₛ est la concentration superficielle de chlorure, Cᵢ est la teneur initiale en chlorure, Dₐ est le coefficient de diffusion apparent des chlorures, et erf est la fonction d’erreur de Gauss. Cette équation constitue la base des modèles de prédiction de durée de vie des structures en béton en environnements chlorurés, y compris le logiciel largement utilisé Life-365™.
Le coefficient de diffusion des chlorures varie de plusieurs ordres de grandeur selon la qualité et la composition du béton :
| Type de Béton | Coefficient de Diffusion D (×10⁻¹² m²/s) | Perméabilité aux Chlorures |
|---|---|---|
| Rapport e/c élevé (>0,60), PCC conventionnel | >10 | Élevée |
| Rapport e/c modéré (0,40–0,50), PCC conventionnel | 5–10 | Modérée |
| Faible rapport e/c (<0,40), PCC conventionnel | 2–5 | Faible |
| Béton aux cendres volantes / laitier | 0,5–3 | Très faible |
| Béton à la fumée de silice (5–10 %) | 0,1–1 | Très faible |
| Béton à hautes performances (e/c < 0,35 + MCS) | 0,05–0,5 | Négligeable |
Le coefficient de diffusion n’est pas constant dans le temps — il diminue avec l’âge en raison de l’hydratation continue, qui affine la structure poreuse. Ceci est modélisé à l’aide d’un facteur de vieillissement (m) : D(t) = D₂₈ × (t₂₈/t)^m. La valeur de m varie de 0,2 à 0,6 selon la composition du béton. Les bétons à la fumée de silice et au laitier présentent généralement des facteurs de vieillissement plus élevés, ce qui signifie que leur résistance à la diffusion s’améliore plus rapidement dans le temps par rapport au béton de ciment Portland ordinaire.
Les chlorures existent dans le béton sous deux formes ayant des implications très différentes pour le risque de corrosion. Les chlorures libres sont dissous dans l’eau interstitielle et sont disponibles pour initier la corrosion à la surface de l’acier. Les chlorures liés sont chimiquement liés ou physiquement adsorbés aux produits d’hydratation du ciment et sont inoffensifs sauf s’ils sont libérés. La liaison chimique se produit lorsque les chlorures réagissent avec le C₃A pour former le sel de Friedel (3CaO·Al₂O₃·CaCl₂·10H₂O) et avec le C₄AF pour former des chloroaluminates similaires. Une teneur plus élevée en C₃A augmente la capacité de liaison. La liaison physique implique l’adsorption des ions Cl⁻ sur les surfaces du gel de silicate de calcium hydraté (C-S-H), bien que ce mécanisme soit plus faible que la liaison chimique.
La liaison des chlorures est décrite mathématiquement à l’aide d’isothermes de liaison. L’isotherme de Langmuir (Cb = α × Cf / (1 + β × Cf)) et l’isotherme de Freundlich (Cb = α × Cf^β) sont toutes deux utilisées pour modéliser la relation entre les chlorures libres et liés. La liaison réduit le coefficient de diffusion apparent en éliminant efficacement les chlorures libres du système de transport. Cependant, il existe un risque de libération significatif : si le béton se carbonate, le pH chute et le sel de Friedel se décompose, libérant les chlorures précédemment liés dans la solution interstitielle. Cela peut déclencher une corrosion même sans nouvel apport de chlorures, faisant de la carbonatation un compagnon dangereux de la contamination par les chlorures.
Le béton offre à l’acier une excellente protection contre la corrosion par deux mécanismes principaux. Premièrement, la forte alcalinité de la solution interstitielle (pH 13,0–13,5) crée un environnement dans lequel l’acier se passive naturellement. Deuxièmement, un film passif — une couche d’oxyde de fer étroitement adhérente (γ-Fe₂O₃) d’environ 3 à 5 nanomètres d’épaisseur — se forme à la surface de l’acier, réduisant la vitesse de corrosion à environ 0,1 µm/an. Sans ce film passif, l’acier dans le béton se corroderait à des vitesses au moins trois ordres de grandeur plus élevées.
La dépassivation induite par les chlorures se produit lorsque les ions chlorure pénètrent le film passif à des points faibles localisés. Ces points faibles comprennent les sites où l’interface acier-béton contient des défauts, des vides ou des inclusions. Le rapport critique [Cl⁻]/[OH⁻] d’environ 0,6 représente le point auquel le film passif devient thermodynamiquement instable. Une fois la dépassivation survenue, le film protecteur est détruit localement et la corrosion active commence sur la surface d’acier exposée.
Selon l’ACI 222R-01, la corrosion est un processus électrochimique nécessitant des réactions de demi-pile anodique et cathodique fonctionnant simultanément. À l’anode (à l’intérieur de la piqûre de corrosion), le fer s’oxyde : Fe → Fe²⁺ + 2e⁻. Les ions ferreux réagissent ensuite avec les ions hydroxyle pour former de l’hydroxyde ferreux : 2Fe²⁺ + 4OH⁻ → 2Fe(OH)₂, qui s’oxyde davantage en oxyhydroxyde ferrique : 2Fe(OH)₂ + ½O₂ → 2FeOOH + H₂O. À la cathode (sur la surface d’acier passive environnante), la réduction de l’oxygène se produit : 2H₂O + O₂ + 4e⁻ → 4(OH⁻).
Un aspect critique de la corrosion par piqûres est l’acidification à l’intérieur de la piqûre. L’hydrolyse des ions ferreux produit des ions hydrogène : Fe²⁺ + 2H₂O → Fe(OH)₂ + 2H⁺, ce qui fait chuter le pH local à des valeurs aussi basses que 2–4. Cet environnement acide accélère le taux de dissolution anodique et attire davantage d’ions chlorure pour maintenir la neutralité électrique, créant une pile de corrosion autocatalytique qui s’auto-entretient.
La corrosion par piqûres induite par les chlorures est caractérisée par une configuration de macropile. La zone anodique est petite et hautement localisée (la piqûre), tandis que la zone cathodique est grande, englobant la surface d’acier passive environnante. Ce grand rapport surface cathodique / petite surface anodique crée une pile de corrosion intense avec des vitesses de corrosion qui peuvent être 100 à 1000 fois plus élevées que la corrosion généralisée (uniforme). La densité de courant anodique à la piqûre peut atteindre 10–100 µA/cm² contre une densité de courant passive inférieure à 0,1 µA/cm². En utilisant le facteur de conversion de 1 µA/cm² = 11,8 µm/an de pénétration de l’acier, la corrosion active induite par les chlorures progresse typiquement à 10–100 µm/an, tandis que l’acier passif se corrode à moins de 0,1–0,2 µm/an.
Les conséquences de la corrosion par piqûres induite par les chlorures sont sévères et progressives. L’expansion volumique est le principal moteur mécanique des dommages — les produits de corrosion (rouille) occupent 2 à 10 fois le volume de l’acier original consommé. Ces contraintes expansives génèrent des contraintes de traction dans le béton environnant, provoquant typiquement des fissures visibles à une perte de section transversale de 0,5 à 1,0 % de la barre d’armature. La fissuration se propage le long de la ligne d’armature, suivie par l’éclatement et la délamination de l’enrobage de béton. La perte de section des armatures réduit la capacité structurelle, tandis que la réduction de l’adhérence entre l’acier et le béton compromet l’action composite. Pour le béton précontraint, le risque est particulièrement aigu selon l’ACI 222R-01 — même une faible perte de métal due à une piqûre de corrosion peut induire une rupture fragile du toron de précontrainte en raison de la concentration de contraintes au niveau de la piqûre.
Le RCPT est l’essai accéléré le plus largement spécifié pour évaluer la résistance du béton à la pénétration des chlorures en Amérique du Nord. La procédure consiste à obtenir une carotte ou un cylindre de 100 mm de diamètre, à découper un spécimen de 50 mm d’épaisseur et à enrober les côtés d’époxy. Le spécimen est saturé sous vide (3 heures de vide, 1 heure de saturation, 18 heures de trempage) et placé dans une cellule d’essai avec une solution de NaCl à 3 % sur le côté gauche (négatif) et une solution de NaOH 0,3 N sur le côté droit (positif). Un potentiel de 60 V CC est appliqué pendant 6 heures, et la charge totale passée est mesurée en coulombs.
Classification de la Perméabilité aux Chlorures selon l’ASTM C1202 :
| Charge Passée (coulombs) | Perméabilité aux Chlorures | Béton Typique |
|---|---|---|
| > 4 000 | Élevée | Rapport e/c élevé (> 0,60) |
| 2 000–4 000 | Modérée | Rapport e/c modéré (0,40–0,50) |
| 1 000–2 000 | Faible | Faible rapport e/c (< 0,40) |
| 100–1 000 | Très faible | Modifié au latex ou scellé intérieurement |
| < 100 | Négligeable | Imprégné de polymère |
Limitations critiques du RCPT sont bien documentées. L’essai ne mesure pas directement la perméabilité aux chlorures — il mesure la résistivité du béton (conductance ionique sous tension appliquée). Le potentiel de 60 V CC n’est jamais présent dans les conditions de service sur le terrain. Les adjuvants ioniques tels que le nitrite de calcium ou le chlorure de calcium peuvent faussement élever les valeurs en coulombs. La précision est médiocre : la variabilité d’un même opérateur peut atteindre 42 %, et la variabilité inter-laboratoires peut atteindre 51 % selon les déclarations de précision de l’ASTM C1202. L’âge de l’échantillon affecte significativement les résultats, et la méthode n’est pas fiable pour les bétons traités en surface (scellés).
Cet essai à long terme consiste à bassiner une solution de NaCl à 3 % sur des échantillons de dalle en béton pendant 90 jours, suivie d’un broyage de profilage à des profondeurs incrémentales (typiquement par incréments de 1 mm). La teneur en chlorure soluble dans l’acide ou soluble dans l’eau à chaque profondeur est déterminée et tracée en fonction de la profondeur pour obtenir un profil de chlorure. Le profil est ajusté à la deuxième loi de Fick pour déterminer le coefficient de diffusion apparent. Les limitations incluent la très longue durée de l’essai, les effets de sorption liés à la préparation d’échantillons secs, et une profondeur de pénétration insuffisante pour les bétons modernes à hautes performances.
L’essai de migration en régime non-stationnaire NT BUILD 492 utilise un champ électrique externe pour accélérer l’ingression des chlorures. Un spécimen de 50 mm d’épaisseur et 100 mm de diamètre est soumis à 10–30 V CC pendant 24–96 heures (selon la qualité du béton), avec du NaCl à 10 % comme catholyte et du NaOH 0,3 N comme anolyte. Après l’essai, le spécimen est fendu axialement et vaporisé avec du nitrate d’argent 0,1 M (AgNO₃), qui forme un précipité blanc de chlorure d’argent là où les chlorures ont pénétré. Le coefficient de migration Dₙₛₛₘ est calculé à partir de la profondeur de pénétration. Les avantages par rapport au RCPT incluent la mesure d’un véritable coefficient de migration, l’absence d’influence des autres espèces ioniques, et l’applicabilité à une large gamme de qualités de béton. L’essai est largement adopté dans les spécifications européennes.
La cartographie du potentiel de demi-pile est la principale technique électrochimique pour identifier l’activité de corrosion dans les structures en béton armé. La méthode mesure le potentiel électrochimique des armatures en acier par rapport à une électrode de référence, typiquement cuivre-sulfate de cuivre (CSE) ou argent-chlorure d’argent (Ag/AgCl). L’électrode de référence est placée sur la surface du béton et connectée à un voltmètre, l’autre fil étant connecté à une armature exposée. Les mesures sont prises sur une grille typiquement espacée de 1 m × 1 m.
Interprétation de la Probabilité de Corrosion selon l’ASTM C876 :
| Potentiel Mesuré (mV vs. CSE) | Probabilité d’Activité de Corrosion |
|---|---|
| > −200 mV | < 10 % (faible risque) |
| −200 à −350 mV | Incertaine |
| < −350 mV | > 90 % (risque élevé) |
Les facteurs influençant les lectures selon la RILEM TC-154 incluent la teneur en humidité du béton, la profondeur d’enrobage, la résistivité et la température. Le béton humide et contaminé par les chlorures présente typiquement des potentiels de −600 à −400 mV CSE. La méthode est qualitative — elle fournit une probabilité de corrosion, pas une vitesse de corrosion. Les petites piqûres peuvent être masquées par l’effet de moyenne des mesures zonales, et la continuité électrique des armatures doit être vérifiée.
La LPR fournit des données quantitatives de vitesse de corrosion en polarisant l’acier de ±10–20 mV par rapport au potentiel de corrosion (Ecorr) et en mesurant la réponse en courant. La résistance de polarisation Rp = ΔE/ΔI est utilisée dans l’équation de Stern-Geary : Icorr = B/Rp, où B ≈ 26 mV pour l’acier en corrosion active et 52 mV pour l’acier passif.
Classification de la Vitesse de Corrosion :
| Icorr (μA/cm²) | Vitesse de Corrosion (μm/an) | Dommages Attendus |
|---|---|---|
| < 0,1 | < 1,2 | Passif — négligeable |
| 0,1–0,5 | 1,2–6 | Faible — aucune fissure attendue dans 10–15 ans |
| 0,5–1,0 | 6–12 | Modérée — fissuration possible dans 2–10 ans |
| 1,0–10 | 12–120 | Élevée — fissuration probable dans < 2 ans |
| > 10 | > 120 | Très élevée — corrosion active sévère |
Les dispositifs modernes tels que le Giatec iCOR® utilisent des électrodes de référence Ag/AgCl et peuvent mesurer le potentiel de demi-pile, la vitesse de corrosion et la résistivité du béton à travers l’enrobage sans le retirer, fournissant une évaluation en temps réel de l’activité de corrosion.
Les chaussées aéroportuaires sont confrontées à une combinaison unique de risques d’exposition aux chlorures qui les distingue des structures routières ou des bâtiments. Les aéroports côtiers sont soumis aux embruns marins (classes d’exposition XS1/XS3 selon l’Eurocode 2), les pistes, voies de circulation et aires de trafic étant directement exposées aux chlorures atmosphériques transportés par le vent. Pour les aéroports situés à moins de 1 à 3 kilomètres des côtes, le taux de dépôt de chlorure peut atteindre 500–1500 mg/m²/jour sur les surfaces exposées. La combinaison des charges d’aéronefs, du souffle des réacteurs et des embruns salins crée des conditions particulièrement agressives pour les chaussées en béton aéroportuaires.
Les déverglaçants traditionnels à base de chlorure (NaCl, CaCl₂, MgCl₂) sont de plus en plus remplacés dans les aéroports par des alternatives non chlorées pour réduire la corrosion des composants d’aéronefs et des structures en aluminium. Selon l’ACRP Synthesis 6 (Impact des Produits de Dégivrage des Chaussées Aéroportuaires sur les Aéronefs et l’Infrastructure Aéroportuaire), les dégivreurs d’aéronefs modernes les plus courants comprennent l’acétate de potassium (KAc), l’acétate de sodium (NaAc), le formiate de sodium (NaFm) et l’acétate de calcium et de magnésium (CMA). Bien que ces déverglaçants non chlorés réduisent significativement le risque de corrosion pour les aéronefs, des recherches menées par la FAA (IPRF 05-7 et rapports ACRP) ont révélé que les déverglaçants à base d’acétate et de formiate peuvent déclencher ou accélérer la réaction alcali-silice (RAS) dans les chaussées en béton aéroportuaires contenant des granulats réactifs. Les déverglaçants agissent comme des sources alcalines supplémentaires, favorisant la formation d’un gel RAS expansif. Les déverglaçants à base de KAc ont été spécifiquement liés à la fissuration induite par la RAS dans plusieurs aéroports américains, créant un mécanisme de détérioration distinct mais potentiellement concomitant avec la corrosion induite par les chlorures.
Les chaussées aéroportuaires en climat froid sont simultanément confrontées à l’exposition au gel-dégel combinée à l’attaque chimique des déverglaçants. Selon l’ACI 318-19 Classe d’Exposition F3 (gel-dégel avec produits chimiques de déverglaçage), les exigences sont strictes : rapport eau-ciment maximum de 0,40, résistance à la compression minimale de 5 000 psi (35 MPa), entraînement d’air obligatoire, et limites de MCS selon le Tableau 26.4.2.2(b). L’effet combiné des cycles de gel-dégel et de l’attaque chimique peut accélérer la détérioration au-delà de ce que chaque mécanisme causerait seul.
Le Manuel de Conception des Aérodromes de l’OACI (Doc 9157, Partie 3 — Chaussées, 3e édition, 2022) se concentre principalement sur les méthodes de conception structurelle, y compris la méthode ACR-PCR pour la classification des chaussées, l’évaluation du sol de fondation et le calcul d’épaisseur des chaussées. Il ne fournit pas de dispositions détaillées de durabilité pour l’exposition aux chlorures. Cette lacune signifie que les concepteurs de chaussées aéroportuaires doivent se référer à d’autres normes (ACI 318, Eurocode 2, Circulaires Consultatives de la FAA) pour les exigences de durabilité liées aux chlorures.
L’enrobage de béton — la distance de la surface du béton à l’armature en acier la plus proche — constitue la barrière physique principale contre l’ingression des chlorures. Selon la deuxième loi de Fick, le temps jusqu’à l’initiation de la corrosion est proportionnel au carré de la profondeur d’enrobage : doubler l’enrobage augmente la durée de vie d’environ 4×. La relation s’exprime par : ti = x² / [4D × (erf⁻¹(Cs−Ccrit)/(Cs−Ci))]², où ti est le temps d’initiation, x est la profondeur d’enrobage, et les autres paramètres représentent les termes de diffusion et de concentration.
L’ACI 318-19 établit la Classe d’Exposition C2 pour le béton exposé à l’humidité et aux chlorures externes en service — la classification la plus sévère pour le risque de corrosion. Cette classe s’applique aux structures de stationnement, aux structures marines et aux tabliers de ponts. Les exigences comprennent un rapport eau/liant maximum de 0,40 et une résistance à la compression minimale de 5 000 psi (35 MPa). Pour l’enrobage de béton, l’ACI 318-19 Tableau 20.6.1.3.1 spécifie :
| Condition d’Exposition | Enrobage (po.) | Enrobage (mm) |
|---|---|---|
| Coulé contre le sol et en contact permanent | 3 | 75 |
| Exposé aux intempéries ou en contact avec le sol (barres > #5) | 2 | 50 |
| Exposé aux intempéries ou en contact avec le sol (barres #5 ou moins, treillis soudé) | 1,5 | 40 |
| Dalles, murs, nervures — non exposés aux intempéries (#5 ou moins) | 0,75 | 20 |
| Poutres, poteaux — non exposés aux intempéries | 1,5 | 40 |
Pour la protection contre la corrosion sous exposition Catégorie C2, l’ACI 318 permet un enrobage minimum de 2 pouces (50 mm) pour les barres exposées aux intempéries ou au contact du sol, bien qu’un enrobage plus important soit typiquement spécifié pour les expositions marines ou aux sels de déverglaçage sévères.
L’Eurocode 2 (EN 1992-1-1) fournit des exigences d’enrobage plus granulaires basées sur la classe d’exposition, la durée de vie de calcul (typiquement 50 ou 100 ans) et la qualité du béton. L’enrobage nominal est calculé comme cmin + Δcdev, où Δcdev est typiquement de 10 mm.
Enrobage minimal pour la durabilité (cmin,dur) pour les classes d’exposition aux chlorures :
| Classe d’Exposition | Description | Enrobage Min. (mm) pour durée de vie de 50 ans | Classe de Béton Min. |
|---|---|---|---|
| XD1 | Humidité modérée + chlorures atmosphériques | 45 | C35/45 (e/c ≤ 0,45) |
| XD2 | Humide, rarement sec (p. ex., immergé) | 50 | C35/45 (e/c ≤ 0,40) |
| XD3 | Cyclique humide/sec (tabliers de ponts, parkings) | 55–60+ | C40/50–C45/55 (e/c ≤ 0,35–0,40) |
| XS1 | Sel marin atmosphérique | 50 | C35/45–C40/50 (e/c ≤ 0,40–0,45) |
| XS2 | Immergé en permanence | 45 | C35/45 (e/c ≤ 0,45) |
| XS3 | Zones de marée, d’éclaboussures, d’embruns | 55–65+ | C45/55 (e/c ≤ 0,35–0,40) |
Selon la BS 8500-1 Tableau A4, pour l’exposition XD3 avec du ciment CEM I, un enrobage de 55 mm nécessite une classe de béton C40/50, un rapport e/c maximal de 0,40 et une teneur minimale en ciment de 380 kg/m³. Pour l’exposition XS3, un enrobage de 60 mm nécessite une classe de béton C45/55, un rapport e/c maximal de 0,35 et un ciment minimum de 380 kg/m³. Ces exigences reflètent la reconnaissance que la profondeur d’enrobage et la qualité du béton sont des variables interdépendantes dans la protection contre la corrosion.
Les MCS sont les moyens les plus efficaces de réduire les coefficients de diffusion des chlorures dans le béton par raffinement des pores et amélioration de la liaison chimique.
Les Cendres Volantes (ASTM C618) à 15–30 % de substitution réduisent le coefficient de diffusion des chlorures de 26–38 %. Le taux de substitution de 30 % atteint environ 38 % de réduction, bien que des niveaux supérieurs à 40 % puissent diminuer la résistance en raison de la dilution du liant cimentaire. Les avantages découlent de la réaction pouzzolanique, qui consomme l’hydroxyde de calcium et produit du gel C-S-H supplémentaire, affinant la structure poreuse. Selon l’ACI 318 pour l’exposition F3, les cendres volantes maximum sont limitées à 25 % du matériau cimentaire total.
Le Laitier/GGBFS (ASTM C989) à 50–70 % de substitution réduit D de 50–80 % par rapport au béton de ciment Portland ordinaire. Le laitier affine la structure poreuse et augmente la capacité de liaison des chlorures en raison de sa teneur effective en C₃A plus élevée. Selon l’ACI 318, le laitier maximum est de 50 % pour l’exposition F3. Les mélanges ternaires (cendres volantes + laitier + ciment Portland) fournissent des avantages synergiques en combinant les atouts de multiples types de MCS.
La Fumée de Silice (ASTM C1240) à 5–10 % de substitution est le MCS le plus efficace pour réduire la diffusion des chlorures, atteignant des réductions de 80–95 % par rapport au béton de ciment Portland ordinaire. Les particules extrêmement fines (0,1–0,5 µm) remplissent les pores capillaires, réduisant considérablement la perméabilité. Selon l’ACI 318 pour l’exposition F3, la fumée de silice maximum est limitée à 10 %, et lorsqu’elle est combinée avec d’autres MCS, la teneur totale en MCS est plafonnée à 35 % (cendres volantes + fumée de silice) ou 50 % (tous MCS combinés).
Les facteurs d’efficacité (valeurs k) quantifient l’efficacité relative des différents MCS. La fumée de silice a une valeur k d’environ 3–4 (1 kg de fumée de silice équivaut à 3–4 kg de ciment en termes de résistance à la diffusion), tandis que les cendres volantes de classe F varient de 0,4 à 0,7, et le laitier de 0,6 à 1,0.
Les silanes et siloxanes sont des revêtements de pores hydrophobes qui créent des surfaces hydrofuges sans bloquer la transmission de vapeur. La durée de vie typique varie de 5 à 10 ans selon la sévérité de l’exposition et la qualité de l’application. Les revêtements époxy et méthacrylate forment des films barrières continus qui bloquent physiquement l’ingression d’eau chargée de chlorures. Les traitements hydrogel pénètrent le béton et réagissent avec l’hydroxyde de calcium pour former du gel C-S-H supplémentaire dans les pores, immobilisant l’humidité et réduisant la perméabilité. Une limitation critique selon l’ASTM C1202 est que les scellants peuvent montrer une faible résistance RCPT même lorsque les essais de bassinage confirment leur efficacité — des essais de performance alternatifs sont nécessaires pour les bétons traités en surface.
Le revêtement époxy thermolaqué fournit une barrière physique entre l’acier et les chlorures. Les armatures revêtues d’époxy peuvent résister à des concentrations de chlorure 4 à 5 fois plus élevées que l’acier noir avant l’initiation de la corrosion. L’épaisseur du revêtement est spécifiée comme 175–300 µm (7–12 mils) selon l’ASTM A775. Les considérations clés incluent une manipulation soigneuse pour éviter les défauts ou les piqûres (qui peuvent concentrer la corrosion), une incompatibilité avec la protection cathodique en raison de problèmes de blindage, et une forte dépendance au contrôle qualité lors de la fabrication, de la manipulation et de la mise en place.
La Protection Cathodique par Courant Imposé (ICCP) utilise une source d’alimentation externe pour fournir un courant protecteur à travers des anodes inertes. Les critères de conception typiques pour l’acier dans le béton vont de 0,2 à 20 mA/m² de surface d’acier, avec 0,2–2 mA/m² pour la prévention de la corrosion et 10–20 mA/m² pour le contrôle de la corrosion dans les structures contaminées par les chlorures. Les types d’anodes comprennent les revêtements conducteurs (p. ex., systèmes CAS ICCP capables d’atteindre 35 mA/m²), le treillis en titane, le mortier conducteur et les anodes discrètes. Les systèmes ICCP modernes atteignent des durées de vie de 15 ans ou plus. La vérification de la protection utilise les critères de décroissance de polarisation de 100 mV ou de dépolarisation de 100 mV.
La Protection Cathodique par Anodes Sacrificielles (SACP) utilise des anodes galvaniques (alliages de zinc, d’aluminium, de magnésium) sans alimentation externe. Une tension d’entraînement plus faible limite l’application aux structures avec une résistivité modérée du béton. Efficace pour la protection localisée dans les réparations localisées et les structures marines, avec une durée de vie de 5 à 15 ans selon la masse de l’anode et la demande de courant.
Le nitrite de calcium (Ca(NO₂)₂) est l’adjuvant inhibiteur de corrosion le plus courant. L’ion nitrite (NO₂⁻) entre en compétition avec les ions chlorure à la surface de l’acier, passivant les sites anodiques et maintenant le film passif en oxydant Fe²⁺ en Fe³⁺. Les dosages typiques varient de 10 à 30 L/m³. Selon l’ACI 222R, les inhibiteurs peuvent prolonger la durée de vie sans corrosion, mais l’efficacité dépend de la qualité du béton et de la sévérité de l’exposition. Les inhibiteurs organiques à base d’aminoalcools et le monofluorophosphate de sodium offrent des chimies alternatives, bien que tous les inhibiteurs soient moins efficaces dans le béton fissuré que dans les sections non fissurées.
Les membranes d’étanchéité appliquées sur les tabliers de ponts, les dalles de parkings et les murs verticaux empêchent l’eau chargée de chlorures d’atteindre la surface du béton. Des membranes en feuilles (bitume modifié aux polymères, PVC, polyoléfine) et des membranes liquides (polyuréthane, époxy, acrylique) sont disponibles, mais toutes nécessitent un entretien et un remplacement périodiques. Les armatures en acier inoxydable selon l’ASTM A955 (nuances 316LN ou Duplex 2205) offrent une excellente résistance aux chlorures pour les structures critiques où l’accès pour la réparation est limité, bien qu’à un surcoût de 4 à 8 fois celui de l’acier noir.
La première indication de corrosion induite par les chlorures est typiquement une coloration brun-rouille sur la surface du béton, apparaissant le long des lignes d’armature avant que des fissures visibles ne se développent. À mesure que la corrosion progresse, des fissures longitudinales se développent le long des barres d’armature — ce motif de fissuration est caractéristique de la corrosion induite par les chlorures et distinct de la fissuration aléatoire en mosaïque associée aux dommages de RAS ou de gel-dégel. L’éclatement et la délamination de l’enrobage de béton au niveau des armatures représentent une détérioration avancée où les produits de corrosion expansifs ont généré une contrainte de traction suffisante pour fracturer le béton d’enrobage.
Les relevés par sondage au marteau ou traction de chaîne identifient les zones délaminées par le son creux produit lors du tapotement sur le béton désolidarisé. Ces techniques peuvent être appliquées à de grandes surfaces telles que les tabliers de ponts, les dalles de parkings et les chaussées aéroportuaires. Les zones délaminées sont délimitées et cartographiées sur la structure pour la planification des réparations. Le radar à pénétration de sol (GPR) peut identifier les délaminations en profondeur, tandis que la thermographie infrarouge exploite les différentiels de température lors des cycles diurnes pour révéler les zones délaminées.
Le prélèvement d’échantillons implique le forage d’échantillons de poudre à des profondeurs incrémentales (typiquement 0–10 mm, 10–20 mm, 20–30 mm, et en continuant jusqu’au moins la profondeur des armatures). Le chlorure soluble dans l’acide (total) selon l’ASTM C1152 dissout l’échantillon entier et mesure tous les chlorures, libres et liés. Le chlorure soluble dans l’eau (libre) selon l’ASTM C1218 mesure uniquement les chlorures dans la solution interstitielle et est un meilleur indicateur du risque de corrosion. Le titrage potentiométrique utilisant du nitrate d’argent (AgNO₃) avec une électrode ionique spécifique aux chlorures est la méthode quantitative la plus courante. Les méthodes colorimétriques utilisant une pulvérisation de nitrate d’argent sur des surfaces de béton fraîchement fendues révèlent le front de pénétration des chlorures sous forme d’un précipité blanc de chlorure d’argent.
Les résultats sont typiquement rapportés en pourcentage de chlorure par poids de ciment (le plus courant pour la comparaison de seuils), en pourcentage de chlorure par poids de béton, ou en kg/m³ de béton. La conversion approximative est 1 % par poids de ciment ≈ 0,15 % par poids de béton ≈ 2,5 kg/m³.
L’analyse microscopique du béton peut identifier la profondeur de pénétration des chlorures (en utilisant la coloration à l’AgNO₃ sur lames minces), la présence de sel de Friedel (confirmant que la liaison des chlorures a eu lieu), le gel de RAS (pertinent lorsque des déverglaçants à base d’acétate/formiate sont impliqués), la microfissuration due à l’expansion de la corrosion, et la qualité du béton d’enrobage, y compris l’estimation du rapport e/c.
En utilisant les données de terrain issues des essais ci-dessus, Life-365™ est le modèle de référence de l’industrie pour la prédiction de durée de vie des structures soumises à la corrosion induite par les chlorures. Le modèle utilise la deuxième loi de Fick avec un coefficient de diffusion dépendant du temps et nécessite des entrées incluant le coefficient de diffusion à 28 jours D₂₈, le facteur de vieillissement m, la concentration superficielle de chlorure Cs, le seuil critique Ccrit, la profondeur d’enrobage et la température. Le modèle prédit le temps jusqu’à l’initiation de la corrosion et le temps jusqu’à la fissuration. L’entrée de seuil par défaut est de 0,05 % de chlorure total par poids de béton (équivalent à environ 0,4 % par poids de ciment). Cette approche de modélisation permet aux ingénieurs d’évaluer différents mélanges de béton, profondeurs d’enrobage et stratégies de protection sur une base de coût de cycle de vie, optimisant à la fois les coûts de construction initiaux et les dépenses d’entretien à long terme.
La sonde Wenner à quatre points (ASTM WK37880 / AASHTO TP 119) mesure la résistivité électrique de l’enrobage de béton comme indicateur de la teneur en humidité et de la connectivité des pores. Les valeurs de résistivité sont corrélées au risque de corrosion : au-dessus de 200 kΩ·cm indique un risque négligeable, 100–200 kΩ·cm un faible risque, 50–100 kΩ·cm un risque modéré, 10–50 kΩ·cm un risque élevé, et en dessous de 10 kΩ·cm un risque très élevé. Une faible résistivité indique une structure poreuse saturée et connectée qui facilite le transport ionique et soutient les courants de corrosion, ce qui en fait une mesure complémentaire précieuse à la cartographie du potentiel de demi-pile et au profilage des chlorures.
Prolongez la durée de vie des ponts, des structures de stationnement et des chaussées aéroportuaires grâce à des stratégies avancées de prévention de la corrosion, des mélanges de béton de qualité et des services d'inspection professionnels. Apprenez à identifier, évaluer et atténuer la détérioration induite par les chlorures.
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