Le béton armé est auto-protecteur : la chaux libre (Ca(OH)2) qu'il contient maintient un pH ~ 13, qui passive l'acier par une fine couche d'oxydes ferreux stables. La pathologie classique du béton armé est la dépassivation : le CO2 atmosphérique diffuse lentement dans le béton et le neutralise (« carbonatation »), ramenant le pH à 9. À ce niveau, l'acier n'est plus protégé : la corrosion démarre. Le fer s'oxyde, augmente de volume d'un facteur 3-7, et fait éclater l'enrobage. C'est la pathologie #1 des ouvrages d'art en béton armé après 30-50 ans, et la cause directe de l'effondrement du pont Morandi (Gênes, 2018) et de Champlain Towers Surfside (Miami, 2021). Cette animation reconstitue la vie d'un ouvrage en béton armé sur 100 ans : phase d'amorce (carbonatation lente) + phase de propagation (corrosion accélérée).
Loi de progression de la carbonatation (Fick simplifié, état stationnaire) :
xc(t) = K · √t
avec :
xc = profondeur de carbonatation (mm) au bout de t années
K = coefficient de carbonatation (mm/√an) — dépend de :
• résistance du béton (K ↓ quand fck ↑)
• humidité relative (K maxi à RH 50-70 %, nul à RH 0 ou 100 %)
• type de ciment (CEM III > CEM II > CEM I)
• rapport E/C (eau/ciment)
Valeurs typiques de K (mm/√an, ordre de grandeur) :
| Classe environnement | fck = 25 MPa | fck = 35 MPa | fck = 50 MPa |
|---|---|---|---|
| XC1 (sec, intérieur) | 1,5 | 1,0 | 0,5 |
| XC3 (humidité modérée) | 4,0 | 2,5 | 1,5 |
| XC4 (cycles sec/humide) | 5,0 | 3,5 | 2,0 |
| XS1 (embruns) | — | domine chlorures, voir module spécifique | |
Modèle de Tuutti (1982) — vie de l'ouvrage en deux phases :
Phase 1 (AMORCE) — durée t1 = (c/K)²
Le front de carbonatation progresse de xc = 0 à xc = c (enrobage)
L'armature reste passivée, pas de corrosion
Mais une partie de la durée de vie « brûle »
Phase 2 (PROPAGATION) — durée t2
L'armature dépassivée corrode à vitesse icorr
Perte de diamètre : Δd ≈ 0,023 · icorr · t (mm/an, icorr en µA/cm²)
Volume d'oxydes : ~3× le volume initial de l'acier
Pression d'éclatement de l'enrobage atteinte vers 50-200 µm de perte
Valeurs typiques de icorr :
icorr = 0,1 µA/cm² (faible, RH < 65 %) → perte 2 µm/an
icorr = 1 µA/cm² (modérée, RH 70-85 %) → perte 23 µm/an
icorr = 10 µA/cm² (forte, chlorures, embruns) → perte 230 µm/an
Solutions techniques de durabilité :
① Augmenter l'enrobage c — effet quadratique sur t1 (t1 = (c/K)²)
② Béton à haute performance — E/C bas, fck ≥ 50 MPa → K divisé par 2-3
③ Additions pouzzolaniques — cendres volantes, fumée de silice → matrice plus dense
④ Inhibiteurs de corrosion — nitrites de calcium ajoutés au béton frais
⑤ Armatures galvanisées ou inox — pour ouvrages en zone marine
⑥ Revêtements de surface — lasures hydrofuges, peintures anti-carbonatation
⑦ Maintenance préventive — détecter par phénolphtaléine, mesure de potentiel
Cas réels — pathologie majeure des ouvrages d'art :
| Ouvrage | Date construction | Désordre constaté | Action |
|---|---|---|---|
| Pont Morandi (Gênes) | 1967 | Corrosion haubans précontraints, 50 ans après | Effondrement 14 août 2018, 43 morts |
| Champlain Towers South (Miami) | 1981 | Corrosion armatures en zone salée + infiltrations | Effondrement 24 juin 2021, 98 morts |
| Tunnel Wallendorf-Eich (D) | 1968 | Carbonatation + cycles gel/dégel | Refection complète 2010, 80 M€ |
| Pont d'Aquitaine (Bordeaux) | 1967 | Corrosion haubans | Renforcement et remplacement câbles, 1995-2003 |
| Vaal Bridge (Afrique du Sud) | 1976 | Carbonatation rapide due CEM I + RH locale | Démolition prématurée 2018 |
Détection in-situ — l'essai à la phénolphtaléine. Le test classique : on prélève une carotte de béton ou on casse un éclat à proximité de l'armature, et on vaporise une solution de phénolphtaléine à 1 % dans l'éthanol. Réaction :
pH > 9 (béton sain non carbonaté) → coloration rose-violet
pH < 9 (béton carbonaté) → incolore
L'inspection visuelle révèle alors la profondeur du front de carbonatation xc. Si xc > c (enrobage), l'armature est dépassivée et la corrosion a commencé.
Lien avec les autres modules. La carbonatation accélère la rupture par fatigue acier (Module 6) en affaiblissant la section. Elle interagit avec le RGA (Module 3) et la DEF qui dégradent simultanément la matrice cimentaire. C'est l'objet du Module 7 (Renforcement et réparation) que de proposer des stratégies face à un diagnostic positif.