Fedaoui-Akmoussi, Ourdia

Haddad, Ourdia

Jauberthie, Raoul

Kaci, Salah

Molez, Laurent

French

Haddad, O.

HAL-Rennes 1

Durabilité des bétons fibrés conservés en réseau d'assainissement

Archive Ouverte en Sciences de l'Information et de la Communication

HAL Id: hal-01005606
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Durabilité des bétons fibrés conservés en réseau
d’assainissement
Ourdia Fedaoui-Akmoussi, Raoul Jauberthie, Laurent Molez, Salah Kaci,
Ourdia Haddad
To cite this version:
Ourdia Fedaoui-Akmoussi, Raoul Jauberthie, Laurent Molez, Salah Kaci, Ourdia Haddad. Durabilité
des bétons fibrés conservés en réseau d’assainissement. 29e rencontre de l’AUGC, May 2011, Tlemcen,
Algérie. pp.359-369. ￿hal-01005606￿
XXIXe Rencontres Universitaires de Génie Civil. Tlemcen, 29 au 31 Mai 2011.
Durabilité des bétons fibrés conservés en 
réseau d’assainissement  
Ourdia Fedaoui-Akmoussi
1*
, Raoul Jauberthie
2
, Laurent. Molez
2
, 
Salah Kaci
1
, Ourdia Haddad
1
. 
1  Laboratoire de génie civil, Université Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou, Algérie, 
2  Laboratoire GCGM : matériaux EA 3913, INSA de Rennes, France, 
*fedaouio@yahoo.fr
RÉSUMÉ. Suites aux détériorations causées par les dégradations des réseaux d’assainissement, 
notre étude s’est basée sur le comportement mécanique et la durabilité des bétons fibrés avec 
et sans ajout de fumée de silice. Les compositions ont été fabriquées avec un même rapport 
eau-ciment (E/C = 0.5), un dosage en fibres de 0.5 % (fibre de verre ou fibre métallique) et 
un dosage de 10 % (de la masse de ciment) pour la fumée de silice. Afin de caractériser les 
performances de durabilité des mortiers étudiés,  des éprouvettes témoins ont été conservées 
dans une atmosphère à 20 °C et à humidité relative de 50 % ; les autres ont été conservées 
dans les égouts pendant trois mois. Une observation au microscope électronique à balayage a 
été réalisée sur les différents échantillons ce qui  permet de visualiser les différentes 
modifications de la microstructure de la matrice et l’altération éventuelle des fibres. 
ABSTRACT. This study was based on the mechanical behavior and the durability of concretes 
with and without addition of silica fume stored in sewerage system. The composition were 
made with the same water-cement ratio (W/C = 0,5), a fiber composition is fixed at 0,5 % 
(glass fiber or metal fiber) and 10 % of silica fume (by mass of cement). To characterize the 
sustainability performance of the studied mortars, control specimens were kept in an 
atmosphere at 20° C and 50 % relative humidity and others were kept in the sewers for three 
months. An observation by scanning electron microscopy was performed on different samples 
which allow us to see the different changes in the microstructure of the matrix and the 
appearance of the fibers. 
MOTS-CLÉS: Durabilité, bétons, fibres métalliques, fibres de verre, fume de silice, égouts. 
KEYWORDS: Durability, concrete, metal fiber, glass fiber, silica-fume, sewers 
 

2     XXIXe Rencontres Universitaires de Génie Civil. Tlemcen, 29 au 31 Mai 2011.
Introduction 
Le phénomène de dégradation des réseaux d’assainissement est complexe et les 
investigations s’avèrent délicates du fait du nombre important des paramètres influents. 
Parmi ces dégradations on peut citer : les dégradations biologiques (bactéries, 
champignons, mousses…), les dégradations physiques (chocs ou abrasion, contraintes 
mécaniques, poinçonnement, gel-dégel…) et les dégradations chimiques (corrosion 
d’armatures, attaques acides, formation de produits expansifs…), d’où l’orientation de 
notre étude (Belghit, 2008), (Roux et al 2005). 
Les eaux usées transportent des quantités importantes de bactéries, en particulier des 
bactéries sulfato-réductrices à l’origine de la formation de sulfures solubles par 
réduction des composés soufrés. Dans un milieu pauvre en oxygène, cela entraîne le 
dégagement d’hydrogène sulfuré (H2S) qui est susceptible de s’oxyder en acide 
sulfurique H2SO4 provoquant ainsi la dégradation du béton (Vichot et al, 2008), (Dugnolle, 
1973), (Kampen, 1995). 
La durabilité d’un béton dépend essentiellement de sa porosité donc de la fissuration 
développée et de la résistance à la compression (Mehta, 1998), mais aussi de la différence 
de concentration des alcalins entre la solution interstitielle et l’environnement extérieur.  
Des études ont démontré que l’ajout des fibres participe à la limitation du 
développement des fissures donc éventuellement à améliorer la durabilité (Maage, 1984), 
(Rossi, 1998). Par ailleurs, d’autres études ont démontrés que l’ajout de fumée de silice 
contribue à la réduction de la perméabilité du béton mais aussi à l’amélioration de sa 
résistance à la compression. Deux avantages qui peuvent apporter un plus vis-à-vis de la 
durabilité (Regourd, 1985), (Regourd et al, 1986), (Neville, 2000). 
Notre démarche consiste à étudier l’apport des fibres et l’apport de l’ajout de la 
fumée de silice vis-à-vis de la durabilité dans cet environnement.   
Après trois mois de conservation des échantillons dans le réseau d’assainissement 
«égouts», les caractéristiques mécaniques ont été déterminées par la flexion 3 points sur 
des éprouvettes 4×4×16 cm3, et par la compression sur des cubes de 4×4×4 cm3. Les 
caractéristiques de durabilité ont été déterminées par une observation au microscope 
électronique à balayage pour constater les différentes modifications microstructurales de 
la matrice cimentaire et la dégradation par corrosion des fibres métalliques et de verre.  
1. Expérimentation 
 
 Bétons fibrés en réseaux d’assainissement     3
1.1. Matériaux utilisés 
- Ciment: le ciment utilisé est un ciment Portland CEM I 52.5 de l’usine Saint Pierre 
Lacour (France), sa composition chimique est donnée dans le tableau 1.
- Sable: le sable utilisé est un sable siliceux normalisé selon CEN  EN  196  N1  ISO 
679. La granulométrie de ce sable est comprise entre 0.08 et 2 mm.
- Fumée de silice: la fumée de silice utilisée est de couleur grise, ses caractéristiques 
chimiques sont données dans le tableau 1. 
- Fibres: deux types de fibres ont été utilisées: les fibres métalliques droites de longueur 
25 mm et de diamètre 0.25 mm et les fibres de verre de type Cem Fil AR (alcali 
résistante) de longueur 12 mm. Le taux de pourcentage en fibres utilisés est de 0.5 % du 
volume total du mortier. Les propriétés physiques et mécaniques des fibres sont données 
dans le tableau 2. 
Constituants (%) Ciment Fumée de silice 
CaO  
SiO2
Al2O3
Fe2O3
MgO 
SO3
K2O 
Na2O 
Résidus insolubles   
Perte au feu 
CaO libres
64,50 
21,01 
4,90 
2,80 
0,90 
3,00 
0,90 
0,20 
0,20 
1,10 
0,45
0,14 
97,64 
0,1 
0,15 
0,39 
0,14 
C3S 
C2S 
C3A 
C4AF 
65,94 
10,47 
8,24 
8,52
Tableau 1. Composition chimique et minéralogique (Bogue) du ciment et de la fumée de 
silice. 

4     XXIXe Rencontres Universitaires de Génie Civil. Tlemcen, 29au 31 Mai 2011.
Fibres 
Fibre 
métallique 
Fibre de verre 
Masse volumique (kg/m3) 7500 2680 
Résistance en traction (GPa) 1 ÷ 3 3 
Module d’élasticité (GPa) 200 73 
Résistance au feu (°C) 1500 773 
Allongement à la rupture (%) / 4.3 
Coefficient de dilatation (m/m) 11 / 
Tableau 2. Propriétés physiques et mécaniques des fibres. 
1.2. Préparation des échantillons et essais
Pour cette étude, six séries de mortiers ont été confectionnées: trois séries sans ajout 
de fumée de silice et les trois autres avec ajout de fumée de silice. Les formulations  sont 
présentées dans le tableau 3. 
Composition 
Échantillons 
MN MNfv MNfm MFs MFsfv MFsfm 
Eau / ciment (E/C) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 
Sable / ciment 3 3 3 3 3 3 
Fumée de silice  - - - 10 10 10 
Fibres métalliques  - - 0.5 - - 0.5 
Fibres de verre - 0.5 - - 0.5 - 
Tableau 3. Composition des séries de mortiers étudiés.
MN: mortier normal    MNfv: mortier + fibres de verre  
MNfm: mortier + fibres métalliques  MFs: mortier + fumée de silice 
MFsfv: mortier + fumée de silice + fibres de verre  
MFsfm: mortier + fumée de silice + fibres métalliques 

 Bétons fibrés en réseaux d’assainissement     5
Après le gâchage, les moules d’éprouvettes (4×4×16 cm3) ont été remplis de mortier 
et conservées dans une salle à 20 °C et 95 % d’Humidité  Relative (HR) pendant 24 
heures. Une fois démoulées, les éprouvettes sont conservées dans la même salle pendant 
trois jours. Ensuite, les éprouvettes ont été placées dans une salle à 20°C et 50 % HR 
jusqu’à 28 jours d’âge.  
Après cette cure, et afin de caractériser les performances mécaniques et de durabilité 
dans l’environnement des égouts, une série d’éprouvettes a été immergée dans le flux 
d’un regard d’assainissement de la ville de Rennes. Une autre série d’éprouvette a été 
placée pendant trois mois dans la salle à 20° C et 50 % HR pour nous servir de témoin.  
A 120 jours d’âge (soit 90 jours d’exposition aux eaux usées), des essais de 
compression et de flexion 3 points ont été effectués. Pour ces essais nous avons 
enregistré les courbes effort-déplacement. De plus, nous avons effectué des observations 
au microscope électronique à balayage pour visualiser les dégradations liées à cet 
environnement agressif.   
2. Présentation des résultats et discussion 
Par ces essais, nous avons calculé la contrainte à la rupture en compression et en 
flexion et l’énergie de rupture. Les figures 1 et 2 montrent les résultats de flexion et de 
compression, obtenus sur les mortiers dans les deux environnements (égouts et 
environnement sain).  

6     XXIXe Rencontres Universitaires de Génie Civil. Tlemcen, 29au 31 Mai 2011.
Figure 1. Contraintes à la rupture en compression et en flexion [MPa].
Sur la figure 1 on remarque une augmentation de la contrainte à la rupture en 
compression et en flexion des mortiers conservés dans les égouts. La présence de CO2
dissout dans l’effluent provoque avec la portlandite Ca(OH2) et les C-S-H, la formation 
des carbonates de calcium (CaCO3), ce qui a provoqué l’augmentation des 
caractéristiques mécaniques du point de vue résistances. Ceci a été constaté par certains 
auteurs (Chaussadent, 1999), (Purnell et al, 2003). La carbonatation est plus marquée en 
présence d’eau ou d’humidité qu’en atmosphère sèche. Malgré les attaques liées à la 
nature des effluents, la conservation en milieu humide a un effet prépondérant. 
Pour une meilleure exploitation des données, nous avons utilisé les courbes effort - 
déplacement pour calculer les énergies de rupture en compression et en flexion par une 
unité de surface transversale (figure 2). Cette énergie est obtenue par un calcul 
d’intégrale selon la méthode utilisée par L.Molez (Molez, 2003). 
55,5 52,3
64,6
72,1
64,6
85,3
0
20
40
60
80
100
MN    MNfv    MNfm  
C
o
n
tr
a
in
te
 d
e
 r
u
p
tu
re
 (
M
P
a
)
Compression salle sèche Egouts
50,8 50,2
57,2
71 71,3 74,9
0
20
40
60
80
100
MFS MFsfv MFsfm
C
o
n
tr
a
in
te
 d
e
 r
u
p
tu
re
(M
P
a
) 
Compression salle sèche Egouts
10,4 10,7
9,3
14,6
10,9
13,2
0
5
10
15
20
MN     MNfv    MNfm 
C
o
n
tr
a
in
te
 d
e
 r
u
p
tu
re
 (
M
P
a
)
Flexion Salle sèche Egouts
7
8,7 9,68,7
10,4 10,7
0
5
10
15
20
MFS MFsfv MFsfm
C
o
n
tr
a
in
te
 d
e
 r
u
p
tu
re
 (
M
P
a
)
Flexion Salle sèche Egouts
	
 Bétons fibrés en réseaux d’assainissement     7
Figure 2. Énergie de rupture en compression [kN/m] et en flexion [N/m] par unité de 
surface transversale.
L’énergie de rupture a nettement diminué dans l’environnement égouts pour tous les 
types de mortiers (figure 2). 
L’ajout de la fumée de silice entraîne une diminution des résistances mécaniques des 
MFs, MFsfv et MFsfm par rapport aux mortiers MN, MNfv et MNfm. Ceci peut 
s’expliquer par le fait que la durée de cure appliquée à nos éprouvettes dans la salle 
humide est insuffisante pour constater l’effet pouzzolanique de la fumée de silice. Au 
contraire, cette fumée de silice a un effet bénéfique marqué, lorsque les échantillons sont 
stockés dans les effluents ‘humides’: l’effet réaction pouzzolanique peut apparaître dans 
ces conditions de conservation. 
Une nette amélioration est observée dans le comportement en flexion des mortiers 
avec fibres métalliques du point de vue résistance au pic et post pic. Sauf que dans 
l’environnement égout, l’énergie de rupture des mortiers MFsfm chute de 20 % par 
rapport aux mortiers MNfm. Alors que dans la salle sèche on distingue une 
augmentation de l’énergie de rupture, ce qui s’explique par la dégradation des fibres 
dans l’environnement égouts. 
21,7 20,7
66,3
11 10 12,7
0
20
40
60
80
MN     MNfv    MNfm  
E
n
e
rg
ie
 d
e
 r
u
p
tu
re
 (
k
N
/m
)
Compression Salle sèche Egouts
24,4 25,7
59,3
5,1 6,4
16
0
20
40
60
80
MFS MFsfv MFsfm
E
n
e
rg
ie
 d
e
 r
u
p
tu
re
 (
k
N
/m
)
Compression Salle sèche Egouts
23,9 31,9
307,5
38,1 23,2
299,2
0
50
100
150
200
250
300
350
MN    MNfv    MNfm  
E
n
e
rg
ie
 d
e
 r
u
p
tu
re
 (
N
/m
)
Flexion Salle sèche Egouts
15,6 32,6
336,2
15,4 23,9
239,5
0
50
100
150
200
250
300
350
MFS MFsfv MFsfm
E
n
e
rg
ie
 d
e
 r
u
p
tu
re
 (
N
/m
)
Flexion Salle sèche Egouts


8     XXIXe Rencontres Universitaires de Génie Civil. Tlemcen, 29au 31 Mai 2011.
Les observations faites au microscope électronique à balayage sont présentées sur les 
figures 3 et 4, elles concernent seulement les mortiers conservés dans les égouts. 
a)     b) 
                                                        
c) 
Figure 3.Observation au MEB de la matrice des échantillons conservés dans les égouts. 
a) Aspect des dépôts organiques (× 5000), b) Carbonates et dépôts de matière 
organique (× 2000), c) Les traces de Bactéries (× 5000). 
La figure 3 illustre l’intérieur d’un pore qui a été au contact de l’effluent. La photo 
(a) montre un aspect de dépôts de matière organique. Sur la photo (b), on voit les 
carbonates de calcium au dessus desquels il y’a des dépôts de matière organique sous 

 Bétons fibrés en réseaux d’assainissement     9
forme de draperie. Les traces blanches de forme rondes et ovales repérées sur la photo 
(c) sont un début de colonisation des  bactéries. 
La dégradation des fibres de verre et des fibres métalliques est observée sur la figure 
4. 
  a)     b) 
c)     d) 
Figure 4.Observation au MEB de l’état des fibres à plusieurs échelles. 
a) fibre de verre (× 5000), b) fibre de verre (× 10 000), c) fibre métallique (× 2000), d) 
fibre métallique (× 5000).
La couche extérieure des fibres de verre est presque totalement dégradée, malgré 
l’utilisation des fibres de type Alcali-résistante. Dans le cas des fibres métalliques, on a 
constaté un début d’oxydation sans qu’il y ait rupture. 

10     XXIXe Rencontres Universitaires de Génie Civil. Tlemcen, 29au 31 Mai 2011.
La substitution d’une partie du liant par de la fumée de silice n’a pas favorisé la 
formation des C-S-H par effet pouzzolanique, ce qui peut être expliqué par l’insuffisance 
de la durée de cure appliquée à nos éprouvettes conservées en milieu sec. Peu de 
différences sont observées avec les conservations en milieu humide pour ce qui est de la 
protection éventuelle liée à l’ajout de fumée de silice. 
Conclusion
Les résultats de cette étude mettent clairement en évidence: 
Les dégradations engendrés par les effluents d’égouts et ceci au niveau du battement 
humide/sec sont, en partie compensées par la carbonatation qui obstrue la porosité. 
Le dépôt de matière organique à la surface des échantillons contribue aussi, dans le 
cas de notre expérimentation, à la protection. 
Dans les effluents les fibres de verre sont moins efficaces mécaniquement que les 
fibres métalliques. 
Les fibres de verre sont alcali résistantes et malgré cela elles sont attaquées en milieu 
humide. 
Malgré la présence de zones rouillées, les fibres métalliques ont une influence 
mécanique plus marquée. 
La présence de fumée de silice n’a pas le rôle espéré dans la protection. 
Bibliographie
Belghit C., « La durabilité des bétons en réseau d’assainissement », Colloque National Pathologie 
des constructions du diagnostic à la réparation. Dépt Génie civil Université Mentouri 
Constantine, 25-26 Nov 2008.  
Chaussadent T., « État des lieux et réflexions sur la carbonatation du béton armé », Études et 
recherches des LPC, série, Ouvrages d’art, N° 29, 1999. 
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CSTC, N°4, 1973, p. 26-28. 
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
 Bétons fibrés en réseaux d’assainissement     11
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Molez L., Comportement des réparations structurales en béton: couplage des effets hydriques et 
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Neville A.M., Propriétés des bétons, Éditions Eyrolles, 2000. 
Purnell P., Seneviratne A.M.G., Short N.R., Page C.L., « Super-critical carbonation of Glass-fiber 
reinforced cement. Part 2: Microstructural observations », Composites Part A, Vol. 34, n° 11, 
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Regourd M, « Microstructure of high strength cement paste systems », Material research society 
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Regourd M., et al., « Use of Silica Fume as Filler in Blended Cements », ACI SP-79, Vol.2, 1986. 
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


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