Brevet FR2915478A1 — publié le 20081031

/7 Le potentiel électrochimique d'une structure en béton armé enterrée ou immergée peut commodément être mesuré à partir du niveau du sol ou du fluide en raccordant les deux pôles d'un millivoltmètre, d'une part à une électrode de référence, par exemple au Cuivre/Sulfate de Cuivre, posée sur le sol à l'aplomb de l'ouvrage ou plongée à la surface du fluide, et d'autre part à un câble de connexion aux armatures, ce qui peut alors nécessiter des travaux d'installation d'un câble de prise de potentiel connecté aux armatures. Le potentiel mesuré est généralement voisin de û 200 millivolts, lorsque l'ouvrage est neuf ou récent. Mais ce potentiel décroît généralement au cours du temps pour se rapprocher au bout de quinze à vingt années du potentiel électrochimique de l'acier nu : - 600 millivolts dans le cas de l'acier nu (mesure à l'aide d'une électrode de référence au Cu/CuSO4). Pour expliquer ce phénomène de baisse du potentiel électrochimique de l'ouvrage il existe une alternative et deux mécanismes distincts (désignés ci-après par hypothèse 1 et hypothèse 2 ) peuvent ainsi motiver cette baisse de potentiel : Hypothèse 1 : cette baisse de potentiel peut ainsi s'expliquer par un phénomène de réduction, par appauvrissement en oxygène, du film de passivation formé à l'interface acier/béton par combinaison chimique de /7 l'oxyde de fer et de la chaux contenue dans le béton, film qui protège les armatures contre la corrosion. Dans cette hypothèse 1, la baisse du potentiel électrochimique de la structure ne signifie pas une altération du film de passivation : ce dernier joue effectivement son rôle de protection contre la corrosion des armatures et les risques de dégradation de la structure sont inexistants. Hypothèse 2: dans cette hypothèse la baisse de potentiel traduit une altération du film de passivation qui ne parvient plus à jouer parfaitement son rôle d ( écran anticorrosion : l'ouvrage est alors altéré et en danger. Rien ne permet de trancher entre l'une ou l'autre des deux hypothèses si ce n'est d'ouvrir ponctuellement une fouille au droit de l'ouvrage pour le mettre localement à l'atmosphère et ainsi l'oxygéner : si le potentiel remonte après une période de plusieurs semaines, la baisse de potentiel qui avait été constatée s'explique par l'hypothèse 1 et les risques d'altération de l'ouvrage dans le voisinage de la fouille sont inexistants. Dans le cas contraire, si le potentiel électrochimique de la structure n'évolue pas après plusieurs semaines et reste stabilisé à sa valeur initiale, on se place dans le cas de l'hypothèse 2 qui traduit une altération locale du film de passivation générant des :25 risques futurs de corrosion. /7 Mais cette expérimentation qui consiste à effectuer localement une fouille pour dégager l'ouvrage est longue puisque elle nécessite plusieurs semaines d'attente. Elle a en outre un coût et ne permet de faire un diagnostic que très localement : rien ne permet en effet d'extrapoler ce diagnostic local à l'ensemble de l'ouvrage. De ce fait il est recommandé, chaque fois que par mesures du potentiel électrochimique de la structure on aura constaté une baisse plus ou moins générale du potentiel vers des valeurs voisines de ù 300 mV (référence Cu/CuSO4) ou en deçà, d'effectuer la polarisation anodique de la structure. Il est en effet possible à moindre coût, et c'est là que commence l'invention, par polarisation anodique de la structure, de régénérer le film de passivation et de ce fait de reconditionner des ouvrages anciens Cette polarisation anodique de la structure peut commodément s'effectuer, lorsque les armatures sont en continuité électrique, en interposant les deux pôles d'un générateur de courant continu entre le métal de la structure, ce qui peut nécessiter des travaux pour l'installation d'un câble de connexion aux armatures, et un piquet de terre, (ou plusieurs selon la géométrie de l'ouvrage), en fer par exemple, fiché de 50 centimètres dans le sol à proximité de l'ouvrage ou plongé dans le /7 liquide lorsqu'il s'agit d'un ouvrage immergé. Le potentiel de la structure peut ainsi être maintenu par régulation du générateur à une valeur positive constante, + 200 millivolts par exemple (électrode de référence au Cu/CuSO4), ceci sans dépasser le seuil voisin de + 300 millivolts (électrode de référence au Cu/CuSO4) au dessus duquel le film de passivation risquerait d'être détruit. Le courant anodique débité par le générateur de courant continu décroît alors rapidement au cours de l'opération pour se stabiliser finalement à quelques microampères par centimètre carré de métal, ceci au bout d'un laps de temps qui varie de 2 à 10 heures environ selon le degré d'altération du film de passivation : au bout de ce laps de temps le film de passivation s'est alors régénéré par activation artificielle de la réaction de formation du film de passivation. Mais cette consolidation du film de passivation a une portée limitée dans l'espace : le potentiel de polarisation anodique de la structure étant voisin de + 200 mV (référence Cu/CuSO4) au voisinage de la prise de terre (piquet de terre), il décroît lorsque l'on s'en éloigne et l'effet régénérateur de cette polarisation cessera lorsque le potentiel de la structure pendant le traitement deviendra, à une certaine distance de la prise de terre, voisin de + 50 mV (Référence : Cu/CuSO4). Par exemple, pour une /7 canalisation en béton armé, la portée de la polarisation sera, pour fixer des ordres de grandeur, de quelque 150 à 200 mètres de part et d'autre de la prise de terre ; cela fixe ainsi à 300 ou 400 mètres la longueur maximum des tronçons de canalisation que l'on peut ainsi traiter en une seule opération de polarisation. Ce procédé de polarisation anodique des structures en béton armé enterrées ou immergées a trois applications : Application 1 : renforcer la résistance à la corrosion d'ouvrages neufs ou récemment mis en place et leur assurer une plus grande durée de vie. Il est en effet conseillé de traiter ainsi les ouvrages neufs ou récemment installés en consolidant dès l'origine par polarisation anodique le film de passivation. Application 2 : régénérer le film de passivation des ouvrages anciens et prolonger ainsi leur durée de service, cela en les polarisant anodiquement durant 2 à 10 heures et à intervalles de temps périodiques, tous les 10 à 15 ans environ, chaque fois que par mesures du potentiel électrochimique il aura été constaté une baisse anormale. Un potentiel de ù 300 mV ou inférieur devra être considéré comme anormal. Application 3 : permettre, dans le cas de 25 canalisations en béton armé enterrées ou immergées, la /7 recherche et la localisation de défauts par corrosion de la structure qui n'auraient pas pu être corrigés après reconditionnement anodique. En effet, après reconditionnement anodique du film de passivation de la structure, l'ouvrage en béton armé est alors parfaitement isolé électriquement du milieu qui l'entoure et toute défectuosité qui n'aurait pu être gommée par le reconditionnement anodique du film de passivation constitue localement un défaut franc d'isolement électrique de la structure : en maintenant alors la polarisation anodique à son seuil voisin de + 200 millivolts (électrode de référence au Cu/CuSO4) on peut détecter la fuite de courant générée au droit du défaut par mesures de gradient de potentiel en surface en disposant deux électrodes de référence espacées de quelque 80 centimètres à la surface du sol ou du liquide. L'apparition d'un gradient positif entre les deux électrodes de référence signifie que l'on se trouve au droit d'un défaut. Il s'agit en réalité d'appliquer la méthode de recherche de défauts d'isolement désignée par méthode DCVG (Direct Curent Voltage Gradient), utilisée notamment par les exploitants des conduites de gaz ou de produits pétroliers en acier revêtu, et qui devient transposable notamment aux canalisations en béton armé enterrées car elles ont été /7 rendues électriquement isolées du milieu extérieur lorsqu'elles sont sous polarisation anodique. Dans le cas de canalisations sous chaussée isolante (présence d'asphalte en surface) ou trop profondément enfouies, on pourra détecter le défaut non pas par des mesures de gradient en surface comme exposé ci-dessus, mais par la variation de la mesure de potentiel de la structure en déplaçant en surface une électrode de déférence et en établissant le profil de potentiel. Une 1 o variation locale du potentiel traduit l'apparition d'un défaut. REVENDICATIONS 1. L'invention concerne l'application de la polarisation anodique des structures en béton armé enterrées ou immergées et fait l'objet de trois revendications : Revendication 1 : renforcer, dans le cas d'ouvrages neufs ou récemment mis en place, par polarisation anodique, le film de passivation formé à l'interface métal/béton et consolider ainsi la résistance à la corrosion de ces ouvrages, allongeant alors leur durée de vie. La polarisation anodique de ces ouvrages consiste à interposer entre les armatures de l'ouvrage et une prise de terre située à proximité, un générateur de courant continu capable de stabiliser le potentiel électrochimique de la structure à + 200 millivolts environ (électrode de référence : Cu/CuSO4). La durée de polarisation requise varie de 2 à 10 heures. 2. régénérer le film de passivation des ouvrages anciens en exploitation par leur mise sous polarisation anodique durant 2 à 10 heures, tous les 10 à 15 ans, et chaque fois qu'il aura été constaté une baisse anormale du potentiel électrochimique de l'ouvrage de l'ouvrage. Un potentiel de ù 300 mV ou inférieur est considéré comme anormal. Revendication 3 : rendre l'ouvrage électriquement isolant, et cela concerne les canalisations, par polarisation anodique et permettre ainsi l'application de méthodes de recherche de défauts par mesures de gradient de potentiel en surface. Il s'agit dans la pratique d'utiliser la méthode DCVG (Direct Curent Voltage Gradient) très connue de ceux qui recherchent les défauts d'isolement des tubes enterrés en 5 acier revêtus, méthode qui devient transposable aux tuyaux en béton armé dès lors qu'ils sont polarisés anodiquement et rendus de ce fait isolés électriquement du milieu extérieur, au même titre que les tuyaux en acier revêtu. Un défaut d'isolement génère ainsi une fuite de courant donc un gradient de potentiel mesurable en surface.