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 Bulletins techniques
mai 2011

Dégradation du béton - 2e partie: attaques chimiques du béton

Par Louis-Samuel Bolduc ing., M. Sc., Frédéric Gagnon ing., M. Sc.,

Le béton est reconnu comme le matériau artificiel le plus utilisé sur la planète. On en estime la production annuelle à 1 mètre cube par personne! Toutefois, il s'agit aussi d'un matériau très sensible à son environnement. Dans l'article précédent, nous traitions des principaux mécanismes qui peuvent affecter l'intégrité du béton des infrastructures publiques (ponts, trottoirs, barrages, etc.), soit la corrosion des aciers d'armature, les effets du gel et la réaction alcali-granulats. Ces trois mécanismes affectent particulièrement les
infrastructures publiques, puisque ces ouvrages sont fortement soumis aux éléments (humidité, sels fondants, etc.).

Il existe toutefois d'autres menaces qui peuvent mener à la détérioration du béton : les attaques chimiques. Ces dernières sont susceptibles d'affecter tous les types d'ouvrages en béton et elles proviennent des matériaux en contact avec le béton ou des ingrédients utilisés dans le mélange. Cet article abordera les principales attaques chimiques, soit les attaques aux sulfates, les attaques acides et les détériorations d'origine bactériologique.

Attaque aux sulfates

Figure 1 : Béton effrité de la vallée de la Maurienne (Source : Association des sinistrés du béton en Maurienne)

Comme le nom l'annonce, ce type de dégradation est associé à la présence d'une espèce chimique portant le nom de sulfate (SO42-). Les sulfates dits " externes " sont présents soit dans l'eau de mer ou dans les sols de certaines régions du globe. Quand les eaux souterraines se chargent en sulfates, elles peuvent causer des dommages très coûteux aux fondations de bâtiments.

Un exemple notable d'attaques aux sulfates externes est celui du sud de la Californie (sols riches en sulfates), où des centaines de poursuites ont eu lieu depuis le début des années 1990, par des propriétaires qui ont vu leur fondation de maison complètement détruite par l'action des sulfates. Ces poursuites en justice ont engendré des milliards de dollars en honoraires entre les compagnies d'assurance, les procureurs et les consultants.

Il existe aussi les sulfates dits " internes ", qui sont présents directement dans les constituants du béton. L'exemple le plus commun est la contamination des granulats du béton par du gypse (source de sulfates). Un cas très médiatisé relativement aux attaques par les sulfates internes est celui de la vallée de la Maurienne, en France, où 15 000 mètres cubes de béton ont été produits en 2004 avec des granulats pollués par du gypse. Dans les années suivantes, des centaines de réclamations ont été faites pour du béton s'effritant avec une facilité déconcertante (figure 1). Les dommages sont évalués à plusieurs millions d'euros.

Comment agissent les sulfates pour engendrer une détérioration? Ils réagissent chimiquement avec les phases présentes dans le béton pour former des produits de réaction qui occupent un volume supérieur à celui des réactifs (gonflement interne). Les deux principales phases expansives sont le gypse (bilan volumique de 120 %) et l'ettringite (bilan volumique de 280 %). Cette expansion entraîne donc la fissuration et la dégradation du matériau.

Attaques acides

La solution contenue dans la porosité du béton est très basique (pH?13) comparativement au jus de citron qui est à pH?2. Dans ces conditions, les phases solides du matériau cimentaire sont stables et elles performent convenablement. Toutefois, lorsque le béton est mis en contact avec un acide (pH<7), les phases solides deviennent instables, ce qui entraîne une dissolution et une décomposition du matériau.

Par exemple, l'eau stagnante est très aggressive car elle peut atteindre un pH de 4,4. Ceci crée un problème dans les conduites de béton, puisqu'il y aura potentiellement une désintégration de la surface de béton. Un autre exemple est le béton arrosé par les pluies acides, qui sont principalement composées d'acides sulfurique et nitrique (pH entre 4,0 et 4,5). En milieu agricole, le béton est fréquemment exposé aux acides organiques provenant de l'ensilage et du lisier. Dans tous ces cas, les désordres vont de la simple dégradation esthétique à la mise hors service de l'ouvrage!

Attaques par les bactéries

Figure 2 : Effondrement de silo agricole

Une autre pathologie qui est responsable de plusieurs mises hors service est l'attaque bactériologique du béton. Certaines bactéries, généralement observées en présence de matière organique, produisent ou transforment des substances corrosives.

Une bactérie anaérobique nommée desulfovibrio desulfuricans transforme les composés de soufre présents dans le béton en sulfure d'hydrogène (H2S). Il s'agit d'une espèce chimique très toxique qui sent mauvais (oeufs pourris)! Lorsque le sulfure d'hydrogène entre dans un environnement oxygéné, la bactérie thiobacillus concretivorus transforme le H2S en acide sulfurique, ce qui peut être très dommageable pour le béton, puisqu'il est alors soumis à une attaque acide combinée à une attaque aux sulfates. Cette action bactérienne est souvent observée dans les silos agricoles et dans les canalisations d'eaux usées. Le cas des silos est problématique considérant que les effondrements sont fréquents et qu'ils entraînent des dommages aux ouvrages environnants (figure 2).

Conclusion

Le béton est un matériau qui est largement utilisé, mais qui est très mal compris. Tel que présenté dans cette série d'articles, plusieurs mécanismes différents peuvent être responsables de la dégradation du béton. Dans le cas des attaques chimiques, la plus répandue est l'attaque par les sulfates (interne ou externe), qui a fait l'objet de nombreuses poursuites judiciaires. Les attaques acides entraînent une dissolution des phases solides du béton, engendrant des problèmes potentiellement très graves. Enfin, les attaques bactériologiques sont particulièrement mena çantes dans les réseaux d'égouts et dans les silos en béton.

La science des matériaux cimentaires est aujourd'hui relativement bien comprise et le cadre normatif entourant la construction en béton est bien établi. Toutefois, avec le nombre impressionnant de mises en chantiers, les erreurs se multiplient et les règles de l'art ne sont pas toujours respectées. De plus, plusieurs intervenants sont impliqués dans les constructions en béton (carrière, fournisseur, entrepreneur, laboratoires). Il est donc important de bien comprendre les différentes pathologies avant de pouvoir procéder au diagnostic d'une détérioration ou d'un effondrement.