Entretien et maintenance du béton

Le béton, aussi solide soit-il, n’est pas à l’épreuve du temps ! Il doit donc être entretenu régulièrement pour accroître sa durabilité. Les conditions météorologiques, la pollution, l’usure, les erreurs de conception provoquent toutes sortes de dégradations qu’il convient d’anticiper. Si le béton est bien connu pour le bilan carbone néfaste de ses constituants, qu’en est-il de l’impact de son entretien et de sa maintenance sur l’environnement ?

L’importance de l’entretien régulier du béton

En effectuant une inspection constante des ouvrages en béton, certains désordres peuvent s’éviter. L’entretien du béton est essentiel, surtout pour les bétons fortement sollicités. Les bétons de sol, par exemple nécessitent un traitement en surface au moins une fois par an. Les autres bétons doivent idéalement être contrôlés tous les 5 ans. L’opération consiste à empêcher l’eau de s’infiltrer dans le matériau. Afin de limiter la pollution des sols et des nappes phréatiques, privilégiez toujours des produits de traitement bénéficiant d’un label environnemental (label écologique européen, NF environnement, etc.).

Les phénomènes de vieillissement et les pathologies du béton

Le béton, utilisé seul et sous une forme compacte, vieilli relativement bien. Toutefois, l’incorporation de métaux coulés dans le béton, qui apportent certes de la résistance, a également donné naissance à de nouvelles pathologies, parfois destructrices. Pour mémoire, l’effondrement du pont de Gênes en août 2018 avait causé la mort de 43 personnes.

La gélivité

Le béton est sensible aux variations de température, notamment pour les cycles de gel et de dégel. À terme, il fissure et s’écaille. Ce type de dégradation est généralement très localisée et n’affecte pas la solidité de l’ouvrage. Toutefois, la microfissuration dans la masse de béton peut créer un déchaussement des granulats et donc une perte de la résistance mécanique. De plus, l’enrobage en s’effritant peut tomber sur des voies de circulation et causer des dommages plus importants (sous un pont, par exemple).

La carbonatation

La carbonatation est la dégradation prématurée du béton armé provoquée par l’oxydation des armatures en acier. En théorie, l’acier est naturellement protégé par une couche d’oxydes, appelée « couche de passivation ». Après séchage complet, le pH du béton est de type basique (valeur comprise entre 12 et 13). Toutefois, au fil du temps, le béton va s’exposer à des agents extérieurs :

• Attaque par les ions chlorures des eaux acides, d’eau de mer ou des sels de déverglaçage ;
• Attaque par les acides sulfuriques, nitrites, phosphoriques, acétiques, lactiques (etc.) des eaux usées, industrielles, ou des sols exposés à des engrais chimiques ;
• C0_2, etc.

L’eau et l’oxygène, en entrant en contact avec l’acier, réduisent le pH du béton et suppriment la protection de l’acier. Ainsi, de la rouille se forme et provoque des fissures, voire l’éclatement du béton d’enrobage. Ce risque est minimisé avec un béton très compact de type béton à haute performance (BHP).

Réaction de gonflement interne ou externe

La présence d’alcalins solubles (oxyde de sodium et de potassium), de silice et d’eau, peut provoquer une réaction chimique inattendue avec certains mélanges de ciments et de granulats : « l’alcali — réaction ». Ainsi, des produits gonflants (gels ou produits cristallisés) génèrent des fissures qui suivent parfois le cheminement du ferraillage.

La réaction sulfatique interne est une pathologie générée par la création d’ettringite, un composé expansif, au cœur du béton. La cause de ce phénomène pourrait provenir de l’exposition du béton à une forte chaleur au moment de sa pose ou de son séchage, ou à une humidité excessive. Toutefois, là encore, cette anomalie ne se produit qu’avec une certaine association de composants (sulfates, aluminates, etc.).

La réaction sulfatique externe est causée par des sulfates provenant directement du milieu extérieur (sols de schistes houillers, eaux souterraines séléniteuses, eau de mer, etc.). La réaction progresse vers l’intérieur du béton et risque de dégrader l’acier (corrosion).

Le nettoyage du béton selon le type de dégradation

Les altérations du béton peuvent être d’origine :

• Naturelle, avec la présence de mousse ou de lichens ou encore avec la formation d’efflorescences (tâches de sel à la surface du béton) ;
• Accidentelle (résidus de béton, huiles, chocs, etc.) ;
• Volontaire (graffitis, etc.) ;
• Structurelle (fissures, micro faïençage, corrosion, etc.).

Les différents types de produits d’entretien du béton

Les produits d’entretien de traitement les plus fréquemment utilisés sont :

• Les produits de traitement de sol, ce sont des huiles, des résines ou des vernis qui protègent les sols contre les graisses, les huiles et les hydrocarbures ;
• Les produits anti-mousse et anti-lichens, en préventif ou en curatif, ils détruisent les bactéries, les algues et les lichens ;
• Les solvants, ils éliminent les tâches d’huiles, de peintures et de résidus ;
• Les décapants, ils suppriment la rouille, les efflorescences, les salissures, et dissolvent les effets de la pollution ;
• Les neutralisants : ils neutralisent les acides et évitent la formation de rouille.

L’entretien du béton par sa maintenance

Plus tôt le problème se détectera, plus facilement il pourra être traité. L’entretien du béton joue un rôle crucial dans cette démarche. Du préventif au curatif, les procédés sont multiples.

L’auscultation du béton par prélèvements

Des échantillons sont prélevés sur les pièces à examiner au moyen d’une carotteuse. Le diamètre et les dimensions varient selon les tests à effectuer :

• Par la pulvérisation à l’acétate d’uranyle pour détecter la présence de gels d’alcali-réaction avec une lampe ultraviolette ;
• Par la mesure de l’espacement des bulles d’air dans le béton grâce à une loupe à haute résolution et à un dispositif d’éclairage par fibres optiques, ou par la mesure de la fréquence de résonnance (dite « essai au gel interne »). Lorsque le béton s’écaille, il peut se placer dans des éprouvettes contenant une solution saline. Le but de toutes ces opérations est de déterminer la résistance et la durabilité du béton explosé à de nombreux cycles de gel et de dégel ;
• Par l’analyse minéralogique ou pétrographique du béton déjà atteint d’une pathologie (alcali-réaction, ettringite de formation différée, etc.). L’équipement utilisé est très spécifique (microscope électronique à balayage, stéréoscopique en lumière naturelle ou optique avec lumière polarisée, spectromètre d’absorption atomique ou par torche à plasma, analyseur thermique, etc.) ;
• Par la mesure du module d’Young dynamique d’un béton dégradé suite à un incendie, un choc, gélivité, etc. Ce test permet de connaître le niveau de résistance et d’élasticité du béton. Cela grâce à la mise en vibration d’échantillons coupés en disques et à l’aide d’un analyseur de fréquence ou de spectre.

L’auscultation du béton sur site

Certains relevés peuvent s’effectuer directement sur place avec des équipements portatifs :

• Avec des appareils émettant des impacts comme le scléromètre qui projette une bille d’acier contre le béton. Le calcul de la vitesse de rebond permet d’obtenir la valeur de dureté et de l’homogénéité de surface. L’impact peut également se générer par un électro-aimant. Dans cette méthode dite à « impact écho », un capteur piézoélectrique s’utilise pour enregistrer les ondes et les fréquences des vibrations. Ainsi, il est possible de déterminer l’épaisseur du béton et la présence éventuelle de vides ou de fissures ;
• Avec des émissions d’ondes à ultrasons (« auscultation sonique ») ou sonores (« tomographie sismique », « ultrasonore » ou « par émission acoustique ») ou en calculant le temps que met une onde pour parcourir une certaine distance (« détermination de la vitesse de propagation du son »). Ainsi, ces tests analysent la bonne homogénéité du béton et l’absence de défauts (cavités internes, vides, porosité, corrosion, fissures, etc.) ;
• Avec une électrode (« mesure du potentiel d’électrode ») et un voltmètre à haute impédance (10 MΩ au minimum) pour constater l’état de rouille des armatures métalliques du béton armé ;
• Avec une sonde capacitive pour surface plane (« mesure de résistivité »), ou par système radar pour contrôler la teneur en eau du béton ;

Avec des pastilles métalliques (« mesure de la cohésion superficielle ») fixées dans le béton et soumises à une pression d’appui. Cette mesure vérifie la résistance du béton à la traction, calculée par un « appareil de mesure d’adhérence par traction directe motorisée ».

L’auscultation de la structure du béton

Les appareils de mesures

Les fissures sont fréquentes sur les ouvrages en béton. Toutefois, il est important d’en surveiller son évolution. Plusieurs méthodes sont utilisées :

• Les fissuromètres sont des outils qui permettent de relever visuellement l’agrandissement des fissures sur place au fil du temps. 
• Les extensomètres et les jauges électriques mesurent les contraintes du béton (déformations, traction, compression) à l’aide de capteurs.
• La corde vibrante ou « témoins sonores » qui évaluent la déformation du béton en observant la variation de la longueur de la corde par rapport à sa longueur initiale (au moment de sa fixation sur la paroi à examiner) ;
• Les inclinomètres qui servent à calculer l’angle d’inclinaison par rapport à une ligne horizontale. Cela permet de vérifier les éventuelles déformations ou mouvements de la pièce en béton ;
• Les pendules directs ou indirects et les distancemètres verticaux (à fil d’invar, infrarouge ou laser), qui mesurent les déplacements verticaux du béton ;
• Le pesage de force de précontrainte, vibratoire ou de l’arbalète qui établit la courbure métrie du béton à l’aide d’une règle ou de câbles posés sur la structure porteuse en deux points. Un troisième point est équipé d’un capteur qui mesure la variation de la distance entre la règle et la structure et la tension des armatures de précontrainte ;

Les méthodes de diagnostics

• La méthode de libération de contrainte qui consiste à créer plusieurs entailles successives dans le béton afin d’y placer un vérin ultraplat. Le vérin se gonfle ensuite pour rétablir le champ de déplacement initial et connaître la valeur de compression ;
• La méthode des Moments de décompression estime le déficit de résistance en flexion d’un béton précontraint contenant des fissures ou des joints. Des jauges de déformation et des capteurs de déplacement identifient les sections critiques à renforcer.
• La pesée de réaction d’appui avec un système de double vérin et de vérin plat qui analyse les transferts de charge entre les appuis d’un ouvrage. Les vérins sont équipés de capteurs de pression et capteurs de déplacements.

La réparation des ouvrages en béton

Une fois que toutes les étapes d’auscultations et de diagnostics réalisées, le béton doit recevoir une réparation adaptée selon son niveau de dégradation ou de pathologies.

La mise en œuvre par scellement des armatures

Pour renforcer les armatures d’un béton armé dégradé, il est possible de sceller l’acier avec une résine d’ancrage à durcissement rapide ou une résine époxy. Le béton endommagé est déposé afin de dégager l’accès aux armatures longitudinales et transversales. Toutefois, comme cette technique consiste à réaliser des trous, à placer des chevilles, à glisser des barres en acier et à injecter le produit, il faut au préalable s’assurer que ces encoches n’affaiblissent pas l’ouvrage en béton. Le raccordement des armatures peut également s’effectuer par soudure ou manchonnage.

Le renforcement ou la réparation de structures en béton armé par collage de matériaux composites

Les matériaux composites peuvent se composer de plats ou de plaques, fabriqués en fibres de carbone, d’aramide ou de verre, ainsi qu’en lamelle de carbone. Ces produits sont insensibles à la corrosion. Ils renforcent également la résistance des parties de béton endommagées, en particulier à la flexion.

La mise en œuvre d’armatures passives additionnelles internes ou externe au béton

Cette opération consiste à remplacer ou à rajouter de nouvelles armatures métalliques ou composites. Celles-ci peuvent être posées à l’extérieur ou à l’intérieur du béton. Dans ce dernier cas, il est nécessaire de mettre en œuvre un mortier ou un béton pour réenrober l’ensemble.

La réparation par béton projeté ou injecté en renforcement de structure

Le béton se projete avec une lance à air comprimé ou injecté à haute pression sur les zones faibles de l’ouvrage à réparer. Cela permet d’augmenter ses performances mécaniques. On peut ajouter des fibres au béton pour augmenter sa résistance, ainsi que des adjuvants pour accélérer la prise.

La mise en œuvre par précontrainte additionnelle

Certaines constructions perdent leur capacité de portance sous l’effet de la flexion, de la traction ou de la compression du béton, souvent à cause d’une erreur de conception. Pour remédier à cela, on peut ajouter ou remplacer les armatures de précontrainte. Ces armatures sont des câbles en acier, appelés « torons », qui sont maintenus par des têtes d’ancrage dans le béton.

L’entretien du béton grâce aux produits de réparation

Pour réparer le béton, différents produits s’utilisent :

• Primaire anticorrosion des armatures, qui assure la protection des armatures et des fers des bétons armés contre la rouille ;
• Béton de projection par voie sèche, qui est un mélange de granulats, de ciments, d’accélérateurs de prise et d’adjuvants servant à effectuer une réparation par béton projeté ou injecté (avec une lance à air à haute pression) ;
• Mortier de réparation : qui permet de faire des réparations de surfaces (ragréages, éclats de surface, etc.) ;
• Kit de résine d’injection époxy structurelle à base de mousse expansive en polyuréthane, qui sert à sceller les fissures des murs, des maçonneries ou des dalles de béton en remplissant les crevasses d’une colle durcissante.