Brevet FR3041435A1 — publié le 20170324

Titre de l'invention Dispositif pour la mesure du potentiel électrochimique d'une structure contenant du métal, telle qu'une structure en béton armé, soumise à une protection cathodique Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général de la caractérisation et de l'évaluation de la protection cathodique contre la corrosion d'une structure contenant du métal, telle qu'une structure en béton armé, qui est en partie immergée dans de l'eau par mesure du potentiel électrochimique de la structure. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif pour la meure du potentiel électrochimique d'une telle structure. Un domaine d'application de l'invention est notamment celui de la protection cathodique contre la corrosion d'un ouvrage portuaire réalisé en béton armé. La protection cathodique est une mesure de « protection active » couramment utilisée pour contrôler la corrosion affectant une structure contenant du métal, telle qu'une structure en béton armé. Il s'agit d'un système connu de prévention électrochimique basé sur la diminution du potentiel de corrosion de la structure jusqu'à un niveau où la vitesse de corrosion du métal est réduite de manière significative. Cette protection cathodique est obtenue par application d'une tension capable de fournir un courant cathodique suffisant à la surface métallique de la structure à protéger pour diminuer son potentiel électrochimique à un niveau correspondant à une vitesse de corrosion résiduelle suffisamment faible pour l'application concernée. En pratique, on fait circuler un courant électrique continu entre une ou des anodes et la structure à protéger qui constitue la cathode d'une cellule électrochimique. Le courant, qui circule dans l'électrolyte vers le métal, est ajusté de façon à fournir une densité de courant cathodique permettant d'atteindre une valeur de potentiel pour laquelle la vitesse de corrosion du métal de la structure à protéger devient très faible. Deux méthodes existent pour fournir le courant de polarisation afin de polariser la surface de la structure à protéger : les systèmes à anodes galvaniques dans lesquels le courant de protection 3041435 2 provient d'un métal dont le potentiel de corrosion est plus négatif que celui de la pièce à protéger ; et les systèmes à courant imposé dans lesquels le courant continu est fourni par une source alimentant des anodes plus ou moins inertes. 5 Quelle que soit la méthode envisagée, il est connu de chercher à caractériser et à évaluer l'efficacité de la protection cathodique par des mesures du potentiel électrochimique de la structure à protéger. En particulier, en matière de structures en béton armé, pour satisfaire à la norme internationale NF EN ISO 12696 relative à la « protection 10 cathodique de l'acier dans le béton », les résultats de mesures de potentiel électrochimique représentent les principales preuves d'efficacité et de performance de la protection cathodique pour la réception d'un projet de construction d'un ouvrage en béton armé. Typiquement, ces mesures de potentiel électrochimique sont 15 réalisées grâce à une électrode dite « de référence » qui est généralement positionnée de façon permanente à l'intérieur de la structure à protéger, cette électrode de référence étant reliée à une borne d'un voltmètre dont l'autre borne est reliée au matériau métallique de la structure de façon à pouvoir mesurer régulièrement le potentiel 20 électrochimique de la structure, et ainsi évaluer l'efficacité de la protection cathodique. Appliqué à un ouvrage en béton armé qui est au moins en partie immergée dans de l'eau de mer, par exemple un quai ou une digue d'un bassin portuaire constituée de blocs de béton armé, cette méthode de 25 mesure du potentiel électrochimique pose un certain nombre de problèmes. Avec un tel ouvrage, les électrodes de référence permanentes sont en effet positionnées au droit des armatures métalliques de l'ouvrage à une certaine profondeur dans la mer (de l'ordre de quelques mètres). Or, lorsqu'il s'agit de remplacer ces électrodes qui ont une durée de vie 30 insuffisante, il est nécessaire de réguler le trafic des navires dans le bassin portuaire pour organiser des travaux sous-marins en envoyant des plongeurs qualifiés. Cette phase de remplacement des électrodes de référence s'avère donc particulièrement fastidieuse et présente un coût élevé. 35 Une solution à ce problème de remplacement consiste à positionner les électrodes de référence permanentes en externe dans le 3041435 3 bassin portuaire, à fleur de parement de l'ouvrage en béton armé. Toutefois, cette solution donne des mesures peu fiables car influencées par le champ électrique environnant qui subsiste dans le bassin notamment du fait de protections cathodiques créées pour des ouvrages 5 portuaires voisins et des structures métalliques immergées environnantes. Une autre solution au problème de remplacement des électrodes de référence permanentes consiste à utiliser des électrodes de références portatives. Avec de telles électrodes, un plongeur qualifié vient au droit des armatures métalliques de l'ouvrage en béton armé pour 10 effectuer des mesures de potentiel électrochimique au cours des phases d'évaluation. Cependant, la prise de potentiel de l'acier d'un ouvrage en béton armé à l'aide d'une électrode de référence portative immergée dans le bassin portuaire est souvent faussée par l'environnement extérieur. En effet, l'eau de mer a une forte conductivité électrique, ce qui permet les 15 échanges électrochimiques et/ou la circulation d'un courant ionique à travers les différents ouvrages et structures métalliques immergées du bassin. De plus, si l'acier de l'ouvrage portuaire à contrôler qui est posé ou encré dans le sol est en continuité électrique avec les ouvrages et structures métalliques environnantes, l'électrode de référence portative va 20 relever le potentiel électrochimique de l'ensemble des structures du bassin portuaire, de sorte que l'évaluation de l'efficacité de la protection cathodique de l'ouvrage en question s'en trouve erronée. Objet et résumé de l'invention 25 La présente invention a donc pour but principal de proposer un dispositif pour la mesure du potentiel électrochimique d'une structure contenant du métal qui ne présente pas les inconvénients précités. Conformément à l'invention, cet but est atteint grâce à un dispositif pour la mesure du potentiel électrochimique d'une structure 30 contenant du métal, telle qu'une structure en béton armé, qui est soumise à une protection cathodique et qui est au moins en partie immergée dans de l'eau, comprenant : une cloche d'isolation ouverte à une extrémité libre, ladite extrémité libre étant destinée, en position de mesure, à venir en contact 35 étanche avec la structure ; 3041435 4 une électrode de référence montée à l'intérieur de la cloche d'isolation et destinée à venir en contact contre la structure lorsque la cloche d'isolation est en position de mesure ; et des moyens d'évacuation de l'eau et de l'air renfermés à 5 l'intérieur de la cloche d'isolation lorsque celle-ci est en position de mesure. L'invention est remarquable en ce qu'elle propose un dispositif portatif pour la mesure du potentiel électrochimique, ce dispositif comprenant une électrode de référence qui est isolée pendant toute la 10 période de mesure de toute influence extérieure (grâce à la cloche d'isolation). En particulier, appliqué à un ouvrage en béton armé d'un bassin portuaire (un quai ou une digue constitué(e) de blocs de béton armé par exemple), le dispositif selon l'invention permet de s'affranchir de l'influence néfaste pour les mesures des structures immergées 15 environnantes qu'elles soient soumises à une protection cathodique ou non (navires accostés, ouvrages en béton armé, pieux métalliques, etc.) ou d'autres champs électriques présents dans le bassin portuaire. Par ailleurs, en cas d'application à un ouvrage neuf en béton armé d'un bassin portuaire (c'est-à-dire au moins en partie immergé) qui 20 est soumis à une protection cathodique par courant imposé, le dispositif selon l'invention permet de démontrer la performance de la protection cathodique dans le cadre d'une réception de chantier, notamment lorsque cette démonstration n'est plus possible par l'intermédiaire d'électrodes de référence permanentes (du fait de leur endommagement ou d'une faible 25 teneur en oxygène). En effet, dans le cadre de la réception d'un tel ouvrage, le dispositif selon l'invention constitue une alternative fiable et économique aux électrodes de référence permanentes dont la fiabilité est aléatoire dans des conditions immergées. Notamment, un tel dispositif permet de satisfaire aux critères de la norme NF EN ISO 12696 relative à 30 la « protection cathodique de l'acier dans le béton ». De préférence, la cloche d'isolation comprend un tube dont une extrémité est ouverte et une autre extrémité est fermée de façon étanche par un couvercle. Dans ce cas, le dispositif peut comprendre en outre un tuyau 35 traversant le couvercle de la cloche d'isolation pour déboucher à l'intérieur de la cloche d'isolation et s'ouvrant en amont vers une pompe de façon à 3041435 5 pouvoir évacuer l'eau et l'air renfermés à l'intérieur de la cloche d'isolation lorsque celle-ci est en position de mesure. Le tube de la cloche d'isolation se termine avantageusement, au niveau de son extrémité ouverte, par un joint annulaire d'étanchéité en 5 élastomère souple. Un tel joint d'étanchéité permet au dispositif de venir aisément s'appuyer de façon étanche contre la structure à protéger. Le couvercle de la cloche d'isolation peut être traversé par un bouchon étanche centré sur un axe dudit couvercle et à l'intérieur duquel s'étend l'électrode de référence. 10 Le tube et le couvercle de la cloche d'isolation sont de préférence réalisés en matériau thermoplastique, notamment dans un matériau isolant électriquement. De façon avantageuse, le dispositif comprend en outre des moyens pour mesurer la pression à l'intérieur de la cloche d'isolation 15 lorsque celle-ci est en position de mesure. Ce système de sécurité permet de s'assurer de la parfaite vidange de l'enceinte à l'intérieur de la cloche d'isolation. L'invention a également pour objet un procédé de mesure du potentiel électrochimique d'une structure contenant du métal soumise à 20 une protection cathodique et au moins en partie immergée dans de l'eau, comprenant l'apposition du dispositif tel que défini précédemment contre la structure, l'activation des moyens d'évacuation de l'eau et de l'air renfermés à l'intérieur de la cloche d'isolation, et le raccordement de l'électrode de référence à une borne d'un voltmètre dont une autre borne 25 est reliée à l'acier de la structure. L'invention a encore pour objet l'application d'un tel procédé à la mesure du potentiel électrochimique d'un ouvrage portuaire en béton armé soumis à une protection cathodique. 30 Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : 3041435 6 - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif pour la mesure du potentiel électrochimique d'une structure contenant du métal selon un mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 2 est une vue montrant un exemple d'utilisation du 5 dispositif de la figure 1 pour la mesure du potentiel électrochimique d'un ouvrage en béton armé d'un bassin portuaire. Description détaillée de l'invention Le dispositif selon l'invention s'applique à toute structure 10 contenant du métal qui est immergée au moins partiellement dans l'eau et qui est soumise à une protection cathodique du type à anodes galvaniques ou par courant imposé. Un exemple d'une telle structure est un ouvrage portuaire réalisé à partir de blocs de béton armé (qui est un matériau composite constitué de béton et de barres d'acier), cet ouvrage portuaire 15 étant en partie immergé dans de l'eau (il peut s'agir par exemple d'un quai ou d'une digue pour bassin portuaire). Le dispositif selon l'invention permet de mesurer le potentiel électrochimique de la structure afin de caractériser et d'évaluer l'efficacité de la protection cathodique. 20 La façon dont la mesure du potentiel électrochimique de la structure permet d'évaluer l'efficacité de la protection cathodique est connue et ne sera pas détaillée ici. On pourra se référer notamment à la norme internationale NF EN ISO 12696 relative à la « protection cathodique de l'acier dans le béton » (établie par l'AFNOR) qui définit 3 25 critères d'évaluation de l'efficacité de la protection cathodique basés sur la mesure du potentiel électrochimique de la structure. Un mode de réalisation du dispositif pour la mesure du potentiel électrochimique de la structure est représenté de façon schématique sur la figure 1. 30 Le dispositif 2 comprend notamment une cloche d'isolation 4 se présentant sous la forme d'un tube cylindrique 6 centré sur un axe longitudinal X-X. Ce tube 6 est ouvert à une extrémité 6a et fermé de façon étanche à l'extrémité opposé par un couvercle circulaire 8 centré sur l'axe X-X. Le tube 6 et le couvercle 8 de la cloche d'isolation sont réalisés 35 dans un matériau isolant électriquement, par exemple en matériau thermoplastique (tel qu'en PVC pour polychlorure de vinyle). 304 1 4 3 5 7 Le couvercle 8 de la cloche d'isolation 4 est traversé en son centre par un bouchon étanche 10 de forme cylindrique qui s'étend selon l'axe X-X sur toute la hauteur du tube. A l'intérieur de ce bouchon 10 est positionnée une électrode de 5 référence 12 connue de l'homme du métier pour la mesure du potentiel électrochimique de la structure. L'électrode de référence 12 s'étend sur toute la hauteur du tube et est centrée sur l'axe X-X de celui-ci. Par ailleurs, l'électrode de référence est reliée à un câble électrique 14 destiné à être raccordé à l'une des bornes d'un voltmètre comme détaillé 10 ultérieurement. Dans un zone excentrée par rapport à l'axe X-X, le couvercle 8 de la cloche d'isolation 4 est également traversé de façon étanche par un tuyau 16 débouchant à l'intérieur de la cloche d'isolation (et plus précisément dans l'enceinte annulaire 18 délimitée radialement par le tube 15 6 et le bouchon 10) et s'ouvrant en amont vers une pompe (non représentée sur la figure 1). Ce système permet ainsi d'évacuer l'eau et l'air renfermés à l'intérieur de la cloche d'isolation lorsque celle-ci est en position de mesure. Dans une autre zone excentrée par rapport à l'axe X-X, le 20 couvercle 8 de la cloche d'isolation comprend encore un appareil de mesure de la pression à l'intérieur de la cloche d'isolation lorsque celle-ci est en position de mesure. Par exemple, on pourra utiliser un nanomètre 20 relié au travers du couvercle 8 à une sonde de pression 22 située dans l'enceinte 18. 25 Par ailleurs, le tube 6 de la cloche d'isolation 4 se termine, au niveau de son extrémité ouverte 6a, par un joint annulaire d'étanchéité 24 réalisé en élastomère souple, ce joint d'étanchéité se présentant sous la forme d'une jupe de section s'évasant au niveau de son extrémité libre et destinée à venir en contact avec une paroi de la structure. 30 La figure 2 illustre un exemple de mise en oeuvre d'un tel dispositif 2 pour la mesure du potentiel électrochimique d'un ouvrage en béton armé partiellement immergé dans de l'eau de mer, tel que par exemple un quai 26 d'un bassin portuaire. Le quai 26 est posé sur le fond 28 de la mer et est en partie 35 immergé dans l'eau. Au niveau de sa paroi verticale 26a en contact avec 3041435 8 l'eau de mer, il comprend un enrobage 26b en béton (typiquement d'une épaisseur de quelques centimètres) et une tige métallique verticale 26c. Pour effectuer des mesures du potentiel électrochimique d'un tel ouvrage en béton armé, un plongeur qualifié descend en mer avec le 5 dispositif 2 selon l'invention et appose la cloche d'isolation 4 de celui-ci contre la paroi verticale 26a de l'ouvrage, par exemple à une profondeur de l'ordre de 2m environ. Plus précisément, le dispositif 2 est positionné de sorte à ce que l'extrémité libre du joint d'étanchéité 24 vienne s'appliquer de façon 10 étanche contre cette paroi verticale 26a. Le tuyau 16 débouchant à l'intérieur de l'enceinte 18 du dispositif est raccordé à une pompe 30 en surface avant que celle-ci ne soit actionnée de sorte à évacuer l'air et l'eau présents à l'intérieur de l'enceinte du dispositif. Le niveau de vidange de l'enceinte peut être 15 contrôlé par le plongeur grâce au nanomètre 22 relié à la sonde de pression 20. La vidange de l'enceinte par la pompe 30 permet d'assurer un parfait maintien étanche du dispositif 2 contre la paroi verticale 26a du quai. Elle permet également d'isoler l'électrode de référence 12 pendant 20 toute la période de mesure de toute influence extérieure néfaste pour la mesure. Le câble 14 de l'électrode de référence 12 étant relié en surface à l'une des bornes d'un voltmètre 32 dont l'autre borne est reliée à l'acier du quai 26, la mesure du potentiel électrochimique du quai peut alors 25 débuter. On notera que le dispositif portatif selon l'invention pourra aussi bien s'appliquer à un ouvrage neuf (notamment dans le cadre d'une réception de chantier), qu'à un ouvrage déjà livré intégrant en son sein une électrode de référence 34 permanente avec laquelle la mesure de 30 potentiel électrochimique n'est plus possible du fait de son endommagement. REVENDICATIONS1. Dispositif (2) pour la mesure du potentiel électrochimique d'une structure (26) contenant du métal, telle qu'une structure en béton 5 armé, qui est soumise à une protection cathodique et qui est au moins en partie immergée dans de l'eau, comprenant : une cloche d'isolation (4) ouverte à une extrémité libre, ladite extrémité libre étant destinée, en position de mesure, à venir en contact étanche avec la structure ; 10 une électrode de référence (12) montée à l'intérieur de la cloche d'isolation et destinée à venir en contact contre la structure lorsque la cloche d'isolation est en position de mesure ; et des moyens (16, 30) d'évacuation de l'eau et de l'air renfermés à l'intérieur de la cloche d'isolation lorsque celle-ci est en position de 15 mesure. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la cloche d'isolation (4) comprend un tube (6) dont une extrémité (6a) est ouverte et une autre extrémité est fermée de façon étanche par un couvercle (8). 20 3. Dispositif selon la revendication 2, comprenant en outre un tuyau (16) traversant le couvercle (8) de la cloche d'isolation pour déboucher à l'intérieur de la cloche d'isolation et s'ouvrant en amont vers une pompe (30) de façon à pouvoir évacuer l'eau et l'air renfermés à 25 l'intérieur de la cloche d'isolation lorsque celle-ci est en position de mesure. 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel le tube (6) de la cloche d'isolation se termine, au niveau de son extrémité 30 ouverte (6a), par un joint annulaire d'étanchéité (24) en élastomère souple. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel le couvercle (8) de la cloche d'isolation est traversé par un 35 bouchon étanche (10) centré sur un axe (X-X) dudit couvercle et à l'intérieur duquel s'étend l'électrode de référence. 304 1 4 3 5 10 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le tube (6) et le couvercle (8) de la cloche d'isolation (4) sont réalisés en matériau thermoplastique. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre des moyens (20, 22) pour mesurer la pression à l'intérieur de la cloche d'isolation lorsque celle-ci est en position de mesure. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'électrode de référence (12) est destinée à être reliée en amont à un voltmètre (32). 15 9. Procédé de mesure du potentiel électrochimique d'une structure (26) contenant du métal soumise à une protection cathodique et au moins en partie immergée dans de l'eau, comprenant l'apposition du dispositif (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 contre la structure soumise, l'activation des moyens d'évacuation de l'eau et de l'air 20 renfermés à l'intérieur de la cloche d'isolation, et le raccordement de l'électrode de référence à une borne d'un voltmètre dont une autre borne est reliée à l'acier de la structure. 10. Application du procédé selon la revendication 9 à la mesure 25 du potentiel électrochimique d'un ouvrage portuaire en béton armé soumis à une protection cathodique. 10