La corrosion des aciers dans le béton à l'état passif et par carbonatation : prise en compte des courants galvaniques et des défauts d'interface acier-béton

Abstract

Cette thèse s'inscrit dans le cadre des recherches sur la durabilité des ouvrages de stockage des déchets radioactifs en profondeur. Le travail réalisé est essentiellement expérimental. Une première partie du travail s'intéresse à la corrosion de l'acier à l'état passif en milieu aéré ou désaéré. En effet, la solution interstitielle du béton qui constitue l'électrolyte au contact du métal reste fortement alcaline. Dans ces conditions les aciers du béton armé forment par corrosion une couche d'oxydes stable et protectrice. Cette couche passive limite la corrosion de l'acier à des valeurs très faibles (négligeables sur des durées de vie courtes) mais non nulles. Etant donné la durée de vie pluriséculaire des ouvrages de stockage des déchets nucléaires, il est nécessaire d'étudier l'évolution dans le temps de cette couche d'oxydes sous l'effet d'une part de la corrosion lente de l'acier qui contribue à la faire croître et d'autre part de la dissolution/transformation (lente aussi) des oxydes dans le milieu et qui tend à l'inverse à faire diminuer son épaisseur. La seconde partie du travail s'intéresse à la corrosion des armatures dans le béton carbonaté en phase de propagation. L'originalité de ce travail porte sur la prise en compte de la présence de défauts d'interface acier-béton et sur l'apparition possible de courants de corrosion galvaniques entre différentes zones de ferraillage en fonction des conditions locales d'interface acier-béton et/ou de carbonatation du béton. L'étude de la corrosion à l'état passif a montré la présence d'une nouvelle couche d'oxydes, riche en calcium, formée post-coulage par transformation des oxydes préexistants comme notamment la magnétite sur tous les échantillons quel que soit le milieu de conservation. La présence de défauts d'interface semble augmenter la cinétique de formation de cette nouvelle couche. Malgré cela, les vitesses de corrosion à l'état passif mesurées restent équivalentes avec ou sans défaut d'interface et inférieures à 0,6 ?A/an (0,05 ?A/cm2). En ce qui concerne la corrosion par carbonatation, l'étude montre clairement que les courants de corrosion galvaniques pouvant se développer entre différentes zones de ferraillage peuvent être extrêmement importants notamment en présence de défaut d'interface acier-béton.This thesis aims to study the durability of nuclear waste deep storage structures. The work carried out is essentially an experimental study, and focuses on the corrosion of steel in the passive state with aerated or non-aerated conditions on the one hand, and the corrosion of steel in carbonated concrete during the propagation phase on the other hand. Indeed, the pore solution of concrete in contact with the metal is alkaline (pH between 12 and 13). Under these conditions, steel reinforced concrete remains passive by forming a stable and protective oxide layer (corrosion of steel in the passive state). This passive layer limits the steel corrosion rate at very low values (negligible on a short life time) but not null. For the nuclear waste storage structures due to a very long life time (up to several hundred years), this low corrosion rate can become a risk. Therefore, it is necessary to study the evolution of the oxide layer growth over time. The objectives of the thesis are to study the influence of the steel-concrete interface quality on reinforcement corrosion in passive and active state, and the possible occurrence of galvanic corrosion currents between different reinforcement steel areas. The study of corrosion in the passive state showed the presence of a new oxide layer, rich in calcium, formed post-casting by transformation of initial oxides layer such as magnetite whatever the conservation condition. The presence of interface steel-concrete default increases the kinetics of formation of this new layer. Despite of this, corrosion rates in passive state measured with or without default interface are equivalent and corrosion rates remain less than 0.6 ?A/year (0.05 ?A/cm2). The study of corrosion due to concrete carbonation shows clearly that extremely important galvanic corrosion currents can propagate between different reinforcement areas, especially in the presence of interface steel-concrete default