Elaboration des revêtements de phosphates de zinc sur armature à béton. Etude de leur comportement

Simescu Lazar Florica

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Extrait

I NTRODUCTION GÉNÉRALE

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Toute construction connaît, sans exception, une durée de vie limitée. Les structures classiques du génie civil en béton armé sont conçues pour durer quelques dizaines ou une centaine d’années. Au fil du temps, elles se détériorent en raison des charges qui leur sont appliquées, des conditions d’environnement, de leur utilisation. En fin de compte, tout ouvrage est destiné à être démoli, remplacé, rénové ou réparé. Le béton et le béton armé n’échappent pas à cette règle. Les effets de la détérioration touchent plusieurs aspects, tels que la sécurité, le confort, la qualité esthétique. L’expérience montre que la principale cause de détérioration des constructions estla corrosion des armatures. Toutefois, dans certains cas, le matériau béton luimême peut s’altérer. En fait, n’importe quelle structure en béton se retrouve confrontée durant sa vie à des agressions chimiques, physicochimiques, mécaniques ou thermiques et, le plus souvent, à ces actions conjuguées. Ces agressions se traduisent, dans la plupart des cas, par une diminution des propriétés mécaniques des matériaux utilisés et, par conséquent, par une diminution notable de la durée de vie de la structure à laquelle ils sont incorporés. Le béton est très largement utilisé dans l’industrie nucléaire, aussi bien dans les centres de production électronucléaire que dans la zone de stockage ou d’entreposage des déchets nucléaires. Ceci est une autre raison pour laquelle il est nécessaire de connaître les évolutions physiques et chimiques dans le temps du béton afin de prévoirtout risque délétère lié à la dégradation de ces ouvrages. Il existe plusieurs solutions pour lutter contre la corrosion des métaux, et plus particulièrement des aciers, comme par exemple l’utilisation des inhibiteurs de corrosion ou encore celle de revêtements organiques, métalliques ou minéraux. Il existe deux catégories de revêtements par rapport aux aciers :  lesrevêtementsdits anodiques ou sacrificiels, qui se corrodent préférentiellement par rapport au substrat (par exemple les revêtements de zinc et de zinc allié élaborés par voie électrolytique ou par immersion en bain fondu);  lesrevêtementscathodiques ou plus nobles parrapport au substrat (par exemple les revêtements à base de titane, de chrome et de nickel). Pour lutter contre la corrosion à l’air et contre la corrosion dans le béton des armatures d’acier doux, nous avons choisi d’étudier le revêtement par phosphatation. Celuici doit non seulement être stable et inerte visàvis de l’environnement et de la solution interstitielle du béton, mais doit aussi avoir une bonne adhérence avec le béton. Par ailleurs, la mise en œuvre et le coût du procédé de phosphatation doivent être compatibles avec les procédés industriels existants.

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Le but de ce travail est d’une part, l’élaboration et la caractérisation de revêtements protecteurs de phosphate de zinc et d’autre part, l’étude de leur comportement à la corrosion dans divers milieux : neutre, alcalin et cimentaire chloruré ou carbonaté. Ces revêtements sont obtenus par deux méthodes: conversion chimique (CC) et traitement électrochimique cathodique (TEC) à un potentiel imposé (PI) et à une densité de courant imposée (CI). Après leur caractérisation, l’efficacité et le comportement de ces revêtements seront étudiés dans le cas particulier des armatures d’acier doux phosphatées et placées dans: 1) unesolution neutre (pH = 6,5) contenant 3,5% NaCl; 2) unesolution interstitielle d’un béton carbonaté (pH = 7,8); 3) unesolution similaire à la solution interstitielle d’un béton sain (pH = 12,6 et 13,2), polluée ou non par des ions chlorure (3,5% NaCl); 4) unbéton normalisé en présence de chlorures (3,5% NaCl). Dans le premier chapitre, une revue bibliographique est présentée relative aux différents paramètres contrôlant la dégradation du béton et les mécanismes de corrosion des armatures. Tout particulièrement, les moyens de lutter contre la corrosion des aciers doux sont rappelés. Puis, une présentation du processus de phosphatation, ses mécanismes et ses applications dans le cas de différents alliages, a été réalisée. Le deuxième chapitre décrit d’une part, l’approche utilisée pour la mise au point d’un bain de phosphatation à base d’oxyde de zinc (en milieu acide) et d’autre part la réalisation et la caractérisation des revêtements de conversion obtenus dans différentes conditions (composition du bain, température...). Le chapitre suivant porte sur l’élaboration puis sur la caractérisation des revêtements de phosphate de zinc obtenus par traitement électrochimique cathodique. De nombreux paramètres expérimentaux (composition du bain, agitation, potentiel imposé, courant imposé…) seront testés dans le but d’optimiser les propriétés physiques des revêtements formés (composition, morphologie, structure cristalline). Ces propriétés seront caractérisées par la microscopie électronique à balayage couplée à l’EDS (Energy Dispersive Xray Spectrometry) et par la diffraction des rayons X (DRX). Par la suite, dans le quatrième chapitre, le comportement électrochimique de l’acier nu et revêtu de phosphate est étudié en milieu neutre chloruré (pH = 6,5) ou carbonaté (pH = 7,8). Dans la première partie du cinquième chapitre, nous nous somme intéressés, à caractériser le comportement à la corrosion de l’acier nu et revêtu de phosphate dans une solution similaire à la solution interstitielle d’un béton sain (pH = 12,6 et 13,2), polluée ou non par des ions chlorure (3,5% NaCl). La deuxième partie de ce chapitre présente des essais de corrosion accélérée de l’acier revêtu de phosphate et enrobé de béton, dans un milieu à  16

3,5% NaCl. Le suivi par la technique d’émission acoustique couplée aux mesures électrochimiques lors de la dégradation de ces revêtements de phosphate dans ce milieu, permettra de quantifier l’amélioration de la résistance à la corrosion des aciers doux après la phosphatation. Une conclusion générale et les perspectives clôtureront ce mémoire. Les propriétés physiques des matériaux choisis, les protocoles retenus pour les différents essais, ainsi que la description des techniques électrochimiques et physiques de caractérisation et les outils expérimentaux qui sont utilisés lors de cette étude, sont présentés enannexe.

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