Sujet de thèse IFSTTAR

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Fiche détaillée :

Titre : Etude du diagnostic de corrosion de l’interface acier-béton à l’aide de contrôles non destructifs ponctuels et/ou de surveillance continue à l'aide de capteurs

Laboratoire principal - Référent principal MAST - EMGCU  -  BOUTEILLER Véronique      tél. : +33 181668113

Directeur du laboratoire principal MARTIN Renaud-Pierre  -

Spécialité de la thèse Génie civil, Physico-chimie, Electronique et Informatique

Axe 2 - COP2017 - Améliorer l'efficience et la résilience des infrastructures

Site principal Marne-la-Vallée

Etablissement d'inscription UNIVERSITE GUSTAVE EIFFEL

Ecole doctorale SCIENCES, INGENIERIE ET ENVIRONNEMENT (SIE)

Directeur de thèse prévu BOUTEILLER Véronique  -  Université Gustave Eiffel  -  MAST - EMGCU

Type de financement prévu Contrat doctoral  - Université Gustave Eiffel

Résumé

Les structures en béton armé telles que les ponts dans le domaine des Ouvrages d’Art ont des âges voisins de 35 - 55 ans et leur durabilité est un enjeu majeur pour maintenir leur niveau de fonctionnement tant du point de vue scientifique que sociétal. Les monuments historiques en béton armé encore plus âgés présentent également des questionnements quant à leur durabilité et leur restauration.

Pour les structures en béton armé, la corrosion des armatures est la principale cause de dégradation qui conduit à une perte de section des aciers, la fissuration des bétons, une modification de l'adhérence acier/béton et des pertes de matières significatives. La corrosion peut survenir lorsque les ions chlorures ont atteint les armatures ou bien lorsque le béton d’enrobage est totalement carbonaté.

La problématique scientifique porte sur comment quantifier l’état d’une structure en béton armé. Le diagnostic de corrosion le plus couramment utilisé repose sur différentes mesures électrochimiques réalisées de façon ponctuelle qui dépendent de nombreux paramètres et notamment des conditions climatiques. Ces influences sur les résultats du diagnostic peuvent conduire à des prédictions sous-évaluées ou sur-évaluées de la structure réelle car le processus de corrosion n’est pas linéaire. Améliorer la fiabilité du diagnostic de corrosion par de la surveillance continue à l’aide de capteurs (Corrosion Health Monitoring) est une démarche intéressante qu’il convient d’étudier non seulement pour identifier les différentes phases de corrosion (initiation, propagation, fissuration) mais également pouvoir qualifier des travaux de restauration/réparation sur la durée.

Les objectifs de la thèse proposée sont les suivants :
1. Etudier les phases d’initiation, de propagation et de fissuration induites par la corrosion armatures dans le béton dans les deux milieux considérés (chloruré / carbonaté) en prenant en compte la nature du ciment utilisé,
2. Améliorer la fiabilité du diagnostic de corrosion en intégrant une approche couplée entre les Essais Non Destructifs (END) ponctuels et la surveillance continue à l’aide de capteurs, et
3. Proposer un « outil d’alerte » fondé sur l’approche fiabilisée proposée.

Dans cette thèse, les corps d’épreuves en béton armé de dimensions métriques avec ou sans capteurs noyés sont issus de deux projets de recherches antérieurs respectivement dédiés à l’étude de la corrosion dans des bétons pollués par les ions chlorures (APOS) ou par carbonatation (CANOPEE).

Les caractérisations électrochimiques sont effectuées avec des potentiostats de laboratoire et des matériels de terrain (Canin, RESI, GECOR, SUSI, etc.) ponctuellement sur le parement béton (avec connexion à l'armature ou non). Il s'agit de mesurer des potentiels, des résistances, des résistivités, de la polarisation linéaire, des courants de corrosion, etc.
La surveillance continue est basée sur des capteurs déjà utilisés en protection cathodique et/ou développés par l'université de Aachen en Allemagne. Pour les capteurs noyés, il s'agit d'électrodes de référence (ERE20), de multiring electrode (MRE) et d'anode ladder (AL). Les capteurs en mode réservation sont des sondes de température et d'humidité relative. Les capteurs MRE et AL permettent de mesurer, en fonction de la profondeur du béton, des résistivités, des potentiels, des résistances et des courants

Le suivi des mesures en continu inclue la profondeur à laquelle se trouve le treillis d'armature et pourra donc permettre de détecter, d'une part, l'arrivée des contaminations (ions chlorures ou carbonatation) et, d'autre part, le phénomène de corrosion de l'armature (initiation et propagation).

En fonction des résultats trouvés et comparés selon les deux approches END et surveillance, un système d'alerte pour la surveillance de la durabilité des structures en béton armé pourrait être mis en place selon des niveaux de valeurs à déterminer et en fonction des paramètres suivants : nature du ciment, environnement, grandeur mesurée, teneur en eau et/ou ions chlorures, etc.

Le développement de nouveaux capteurs n'est pas exclu en fonction des partenariats à consolider.

Mots-clefs: Béton armé, Corrosion, Chlorures, Carbonatation, Surveillance, Essais Non Destructifs

Laboratoire principal - Référent principal	MAST - EMGCU - BOUTEILLER Véronique tél. : +33 181668113
Directeur du laboratoire principal	MARTIN Renaud-Pierre -
Spécialité de la thèse	Génie civil, Physico-chimie, Electronique et Informatique
Axe	2 - COP2017 - Améliorer l'efficience et la résilience des infrastructures
Site principal	Marne-la-Vallée
Etablissement d'inscription	UNIVERSITE GUSTAVE EIFFEL
Ecole doctorale	SCIENCES, INGENIERIE ET ENVIRONNEMENT (SIE)
Directeur de thèse prévu	BOUTEILLER Véronique - Université Gustave Eiffel - MAST - EMGCU
Type de financement prévu	Contrat doctoral - Université Gustave Eiffel
Résumé Les structures en béton armé telles que les ponts dans le domaine des Ouvrages d’Art ont des âges voisins de 35 - 55 ans et leur durabilité est un enjeu majeur pour maintenir leur niveau de fonctionnement tant du point de vue scientifique que sociétal. Les monuments historiques en béton armé encore plus âgés présentent également des questionnements quant à leur durabilité et leur restauration. Pour les structures en béton armé, la corrosion des armatures est la principale cause de dégradation qui conduit à une perte de section des aciers, la fissuration des bétons, une modification de l'adhérence acier/béton et des pertes de matières significatives. La corrosion peut survenir lorsque les ions chlorures ont atteint les armatures ou bien lorsque le béton d’enrobage est totalement carbonaté. La problématique scientifique porte sur comment quantifier l’état d’une structure en béton armé. Le diagnostic de corrosion le plus couramment utilisé repose sur différentes mesures électrochimiques réalisées de façon ponctuelle qui dépendent de nombreux paramètres et notamment des conditions climatiques. Ces influences sur les résultats du diagnostic peuvent conduire à des prédictions sous-évaluées ou sur-évaluées de la structure réelle car le processus de corrosion n’est pas linéaire. Améliorer la fiabilité du diagnostic de corrosion par de la surveillance continue à l’aide de capteurs (Corrosion Health Monitoring) est une démarche intéressante qu’il convient d’étudier non seulement pour identifier les différentes phases de corrosion (initiation, propagation, fissuration) mais également pouvoir qualifier des travaux de restauration/réparation sur la durée. Les objectifs de la thèse proposée sont les suivants : 1. Etudier les phases d’initiation, de propagation et de fissuration induites par la corrosion armatures dans le béton dans les deux milieux considérés (chloruré / carbonaté) en prenant en compte la nature du ciment utilisé, 2. Améliorer la fiabilité du diagnostic de corrosion en intégrant une approche couplée entre les Essais Non Destructifs (END) ponctuels et la surveillance continue à l’aide de capteurs, et 3. Proposer un « outil d’alerte » fondé sur l’approche fiabilisée proposée. Dans cette thèse, les corps d’épreuves en béton armé de dimensions métriques avec ou sans capteurs noyés sont issus de deux projets de recherches antérieurs respectivement dédiés à l’étude de la corrosion dans des bétons pollués par les ions chlorures (APOS) ou par carbonatation (CANOPEE). Les caractérisations électrochimiques sont effectuées avec des potentiostats de laboratoire et des matériels de terrain (Canin, RESI, GECOR, SUSI, etc.) ponctuellement sur le parement béton (avec connexion à l'armature ou non). Il s'agit de mesurer des potentiels, des résistances, des résistivités, de la polarisation linéaire, des courants de corrosion, etc. La surveillance continue est basée sur des capteurs déjà utilisés en protection cathodique et/ou développés par l'université de Aachen en Allemagne. Pour les capteurs noyés, il s'agit d'électrodes de référence (ERE20), de multiring electrode (MRE) et d'anode ladder (AL). Les capteurs en mode réservation sont des sondes de température et d'humidité relative. Les capteurs MRE et AL permettent de mesurer, en fonction de la profondeur du béton, des résistivités, des potentiels, des résistances et des courants Le suivi des mesures en continu inclue la profondeur à laquelle se trouve le treillis d'armature et pourra donc permettre de détecter, d'une part, l'arrivée des contaminations (ions chlorures ou carbonatation) et, d'autre part, le phénomène de corrosion de l'armature (initiation et propagation). En fonction des résultats trouvés et comparés selon les deux approches END et surveillance, un système d'alerte pour la surveillance de la durabilité des structures en béton armé pourrait être mis en place selon des niveaux de valeurs à déterminer et en fonction des paramètres suivants : nature du ciment, environnement, grandeur mesurée, teneur en eau et/ou ions chlorures, etc. Le développement de nouveaux capteurs n'est pas exclu en fonction des partenariats à consolider.
Mots-clefs:	Béton armé, Corrosion, Chlorures, Carbonatation, Surveillance, Essais Non Destructifs

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