L'acier dans la construction : corrosion et anticorrosion 2006/04.06

Le secteur de la construction est le plus grand consommateur d'acier, ce matériau étant apprécié par les architectes et maîtres d'ouvrage pour sa légèreté, sa parfaite homogénéité et son comportement prédictible sur chantier. Cependant, comme tous les métaux, l'acier possède un point faible : il se corrode, ce qui entraîne des conséquences économiques considérables.
Les problèmes de corrosion de l'acier ne peuvent en aucun cas être négligés. L'évaluation du risque de corrosion du métal dans son milieu d'application permet de les éviter ou tout au moins de les limiter. Ceci nécessite de prendre connaissance des facteurs de corrosion présents dans l'environnement avant la réalisation d'un ouvrage. Une fois la corrosivité du milieu déterminée sur la base de ces facteurs, la nuance d'acier et son moyen de protection peuvent ensuite être choisis en tenant compte de cette contrainte.

De nouveaux alliages d'acier plus résistants à la corrosion et de nouvelles techniques de protection de l'acier ont été développés afin de faire face aux problèmes de corrosion. Le choix du matériau adéquat permet alors de réduire les coûts de fonctionnement, difficilement estimables, qui seraient dus à l'entretien, à la réparation ou au remplacement des éléments corrodés.

1. Corrosivité des milieux

Selon son application, l'acier sera exposé aux environnements plus ou moins corrosifs que sont l'atmosphère, l'eau, le sol ou le béton. A chacun de ces milieux correspond une série de paramètres spécifiques à prendre en compte pour en évaluer la corrosivité à l'égard de l'acier.

1.1. Corrosivité des atmosphères

Fig. 1 L’acier est particulièrement apprécié en raison de ses propriétés techniques exceptionnelles.
Fig. 1 L'acier est particulièrement apprécié en raison de ses propriétés techniques exceptionnelles.
C'est principalement la teneur en vapeur d'eau ou l'humidité relative de l'atmosphère qui est à la base des phénomènes de corrosion atmosphérique de l'acier. On admet que l'acier se corrode à une vitesse accélérée lorsque l'humidité relative de la couche d'air située au-dessus de la surface excède 70 %. Si l'humidité relative est élevée, il se forme à la surface de l'acier un film d'eau fortement oxygéné, parfois invisible, d'épaisseur variable et qui constitue une couche mince d'électrolytes propice à générer la corrosion du métal.

Outre l'humidité relative, les activateurs de la corrosion atmosphérique sont : l'oxyde de soufre ou anhydride sulfureux (SO2), l'ozone, les ions H+ ou protons, les chlorures et les dépôts de particules (suie et poussières) à la surface de l'acier.

La norme ISO 9223:1992 propose une classification de la corrosivité des environnements atmosphériques types basée sur des classes de durée de persistance de l'humidité et des catégories de pollution par les chlorures et l'anhydride sulfureux. Ces deux substances permettent en effet à elles seules de représenter l'ensemble des atmosphères existantes, à l'exception des atmosphères extrêmes, telles que celles des usines chimiques ou métallurgiques.

1.2. Corrosivité des eaux

L'eau étant un des éléments nécessaires à la corrosion, les ouvrages en acier immergés dans une eau aérée ou véhiculant cette dernière subiront une corrosion plus importante que ceux exposés à l'atmosphère et seulement occasionnellement en contact avec l'eau de condensation, la pluie ou la neige. Parmi les agents corrosifs influençant la corrosivité de l'eau, on retrouve, comme pour l'atmosphère, les chlorures et les sulfates, les ions H+ ou protons, les dépôts de particules, mais aussi les gaz dissous (oxygène, CO2, …) et les microorganismes (amibes, algues, levures, protozoaires et bactéries) présents dans les eaux non stériles.

La série de normes NBN EN 12502:2005 considère l'influence des caractéristiques de l'eau sur le risque de corrosion de l'acier et d'autres métaux dans des installations de distribution et de stockage d'eau.

1.3. Corrosivité des sols

Comme les ouvrages enterrés ne peuvent pas faire l'objet d'un entretien régulier et qu'il est impossible de modifier la nature des sols, il est important de bien déterminer la corrosivité de ces derniers afin de prendre des mesures appropriées de protection de l'acier. Les facteurs influençant la corrosivité des sols sont cependant trop nombreux pour être tous analysés lorsqu'on veut déterminer les risques de corrosion dans un sol donné. Seuls les paramètres plus globaux (résistivité, pH, teneur en eau, ...) et facilement accessibles peuvent être pris en compte.

La norme NBN EN 12501-1:2003 sert de base à l'évaluation du risque de corrosion dans les sols accueillant des structures métalliques enterrées. Elle définit les concepts d'une méthode d'évaluation des forces corrosives des sols et énumère les facteurs les plus défavorables à prendre en compte. La norme NBN EN 12501-2 traite plus spécifiquement de l'évaluation des forces corrosives dans les sols des matériaux ferreux faiblement ou non alliés.

1.4. Corrosivité des bétons

La corrosion des armatures du béton est le phénomène de dégradation le plus fréquent des ouvrages en béton armé (voir en p. 10 l'article sur l'emploi de l'acier inoxydable dans le béton). Le pH basique (> 11) d'un béton sain et celui de la solution interstitielle contenue dans les pores du béton sont favorables à la formation d'une couche de passivation qui protège les armatures contre la corrosion. Mais le béton alcalin réagit avec son environnement, entraînant ainsi une diminution de son pH.

Les deux principaux agents corrosifs à prendre en considération dans le cas du béton sont :
  • l'anhydride ou gaz carbonique (CO2) provenant du milieu environnant
  • les chlorures provenant du milieu ambiant (milieux marins, sels de déverglaçage, ...) ou introduits dans la composition du béton.
La corrosion se développe ensuite en présence d'oxygène et d'humidité. Il n'y a pas de corrosion lorsque l'atmosphère est très sèche (humidité relative < 40 %) ou lorsque le béton est totalement immergé dans l'eau désaérée. L'humidité relative la plus favorable pour que la corrosion se produise est de 70 à 80 %.

2. L'acier, un matériau nuancé à bien choisir

Outre
Fig. 2 Corrosion des armatures du béton.
Fig. 2 Corrosion des armatures du béton.
le fer et le carbone, l'acier contient des éléments chimiques provenant d'impuretés (S, P, ...) ou ajoutés intentionnellement pour en améliorer les caractéristiques. On parle d'aciers alliés à partir d'une certaine teneur en éléments autres que le carbone, le fer, le soufre, le phosphore et l'azote. Cette teneur varie pour chaque élément.

Vu le nombre élevé d'éléments d'alliage (19) et celui encore plus grand de combinaisons possibles de ces éléments, il existe sur le marché une multitude d'aciers possédant des qualités physiques, mécaniques et chimiques différentes. Il a donc été jugé utile de trouver des systèmes pour les classer et les désigner correctement. Les normes de référence en la matière sont les suivantes :
  • NBN EN 10020:2000 Définition et classification des nuances d'acier
  • NBN EN 10027-1:2005 Systèmes de désignation des aciers. Partie 1 : désignation symbolique
  • NBN EN 10027-2:1992 Systèmes de désignation des aciers. Partie 2 : système numérique.
Le choix de l'acier ne sera, bien entendu, pas déterminé sur la base de cette seule caractéristique de résistance à la corrosion. Les autres exigences de l'application doivent aussi être prises en compte : la résistance mécanique de l'acier, ses propriétés de mise en œuvre, mais également sa disponibilité et son prix.

3. Protection anticorrosion

Puisque l'acier est susceptible de se corroder dans les milieux qui l'entourent, des mesures doivent être prises afin de garantir la pérennité des ouvrages et de limiter le nombre d'entretiens. Il est donc recommandé de protéger l'acier correctement contre la corrosion. Les mesures pour y parvenir sont multiples et feront l'objet d'un prochain article dans CSTC-Contact.


Article complet


P. Steenhoudt, ir., chercheur, laboratoire 'Chimie du bâtiment', CSTC