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 Bulletins techniques
mai 2010

La pyrite vous connaissez, mais la pyrrhotite?

Par Frédéric Gagnon ing., M. Sc.,

La pyrite, surnommée l'or des fous, est un minéral qui s'attire les foudres de plusieurs intervenants du domaine de la construction immobilière. Il y a environ 10 ans, les médias faisaient régulièrement état de nombreux problèmes associés à la présence de pyrite dans les matériaux de remblai utilisés en construction résidentielle. Les effets de la pyrite étant très importants, un protocole d'échan tillonnage a même été établi par un comité technique québécois d'étude des problèmes de gonflement associés à la pyrite (Protocole CTQ-M200).Par Frédéric Gagnon, ing., M.Sc.

Dernièrement, il est de plus en plus courant d'associer certains désordres de fondation à la présence de pyrrhotite dans les matériaux de remblai ou les granulats de béton. Mais qu'est-ce que la pyrrhotite? Une forme de pyrite ... un synonyme de pyrite... une pyrite plus agressive? On entend toute sorte de propos dans le milieu et cet article tentera de démystifier le sujet.

Historique de la pyrite

Découvert au milieu des années 1930 par les scientifiques, le problème de la pyrite désigne un gonflement des matériaux de remblai contenant de la pyrite, un minéral de sulfure de fer (FeS2) qui se retrouve dans plusieurs formations rocheuses, dont des schistes argileux (shale). L'humidité et l'oxygène entraînent l'oxydation de la pyrite et, par conséquent, la production d'acide sulfurique. L'acide peut alors réagir avec les carbonates de calcium (chaux) présents dans les pierres concassées courantes (pierre calcaire par exemple). Cette réaction chimique produit du sulfate ainsi que du gypse et provoque en conséquence le gonflement du remblai de même que le soulèvement des dalles de fondation des sous-sols et des garages. Dans certains cas, la réaction chimique qui résulte de l'oxydation (la sulfatation) peut attaquer le béton lui-même et le désagréger sévèrement. Ce mécanisme de gonflement des matériaux de remblai est assez bien documenté et de nombreux cas ont été observés au Québec à la fin des années 1990. Cepen dant, les dommages causés aux fondations par la pyrite ne sont pas uniquement liés à sa présence dans les matériaux de remblai, mais ils peuvent être également associés à l'utili sation de granulats de nature pyritique utilisés dans la fabrication du béton.

Figure 1 : Exemple de fissuration au coin des murs de fondation

Le béton étant un matériau généralement poreux, l'oxydation de la pyrite que pourraient contenir les granulats qui ont servi à sa fabrication est possible. Habituellement, cette réaction est plutôt lente étant donné le faible apport en oxygène. La vitesse de la réaction dépend de la concentration en pyrite présente dans les granulats ainsi que la qualité du béton lui-même, plus particulièrement de la qualité de la pâte de ciment hydratée. Plus la pâte est de faible qualité, plus le béton sera poreux et, donc l'oxydation de la pyrite rapide. Le premier symptôme de la présence de pyrite réactive à l'intérieur de fondations en béton est l'apparition de fissures. Le patron de fissures est généralement polygonal. C'est-à-dire que les fissures filiformes couvrent la surface en formant un patron de fissuration à grandes mailles, de forme relativement carrée. La fissuration est due aux pressions internes causées par la réaction expansive. Les autres symptômes d'une attaque interne par la pyrite sont une coloration de la surface du béton et l'apparition de cratères causés par la rupture de la pâte de ciment. Le béton s'effrite plus facilement et ses capacités mécaniques (compression et traction) peuvent chuter considérablement. Enfin, les premières indications de la présence de pyrite réactive à l'intérieur du béton peuvent prendre plusieurs années avant de se révéler.

La pyrrhotite

La pyrrhotite, tout comme la pyrite, est un sulfure de fer, mais dont la forme est instable (Fe1-xS). La cristallographie est différente, mais les mécanismes de réaction dans le béton sont essentiellement les mêmes. En fait, ce qui distingue la pyrrhotite de la pyrite est la rapidité avec laquelle l'oxydation débute et progresse. Lorsqu'elle est présente dans le béton des fondations d'un bâtiment, la fissuration et la détérioration du béton ne débutent souvent qu'après 3 à 5 ans suivant la construction. Les premières fissures apparaissent généralement dans les coins des murs de fondation (Figure 1), là où les contraintes associées au gonflement du béton sont les plus importantes.

Figure 2 : Gros plan d'un échantillon de béton prélevé dans une fondation

Lorsque les signes de détérioration du béton s'apparentent à ceux associés à la pyrite ou la pyrrhotite, la méthode d'investigation à privilégier consiste à recueillir des échantillons et de les analyser en laboratoire (Figure 2). Même si des signes, tels que des fissures et des taches de couleur rouille, peuvent être visibles à l'oeil nu sur les carottes récupérées, ce n'est qu'une analyse pétrographique (identification des types de roches et des minéraux) des échantillons, réalisée en laboratoire, qui permettra de confirmer la présence ou non de granulats pyriteux à l'intérieur du béton. Malheureusement, le mécanisme de détérioration, lorsqu'enclenché, est pratiquement impossible à interrompre et la seule solution pour les propriétaires est très souvent la démolition et la reconstruction complète des fondations.

Conclusion

En somme, qu'ils soient sous la forme de pyrite, pyrrhotite ou autres, les sulfures de fer peuvent causer bien des dommages aux fondations. Les premiers symptômes peuvent s'apparenter à ceux associés avec d'autres types de détérioration du béton, comme le gel-dégel, la réaction alcalis-silice et l'attaque aux sulfates. Une expertise est nécessaire afin d'identifier la cause exacte, car la progression de l'attaque ainsi que les stratégies d'intervention pourraient être différentes.