Les 5 principaux types de corrosion dans les structures en béton armé

Pourquoi la corrosion est-elle la première cause de dégradation des structures en béton armé ?

Le béton armé est le matériau de construction le plus utilisé dans le monde. Sa combinaison de béton — résistant à la compression — et d’acier — résistant à la traction — en fait un matériau composite aux performances mécaniques remarquables. Pourtant, cette alliance présente un talon d’Achille bien connu des ingénieurs : la vulnérabilité des armatures en acier à la corrosion.

La corrosion des armatures est, de loin, la première cause de dégradation prématurée des ouvrages en béton armé dans le monde. Elle représente des milliards d’euros de coûts de réparation chaque année et est à l’origine de nombreux sinistres structurels. Comprendre les mécanismes de corrosion, les identifier précocement et les traiter efficacement est au cœur de la mission des ingénieurs de Diag Expertise.

Cet article présente les cinq principaux types de corrosion rencontrés dans les structures en béton armé, leurs mécanismes, leurs manifestations et les stratégies de diagnostic et de traitement associées.

1. La carbonatation du béton : la corrosion généralisée

Mécanisme

Le béton frais possède un pH naturellement très alcalin (entre 12,5 et 13,5), qui confère aux armatures une couche passivante d’oxydes de fer protectrice. La carbonatation est le processus par lequel le dioxyde de carbone atmosphérique (CO₂) pénètre dans le béton et réagit avec la portlandite (Ca(OH)₂) pour former du carbonate de calcium (CaCO₃). Cette réaction abaisse progressivement le pH du béton : lorsque le front de carbonatation atteint les armatures (pH < 9), la couche passive se dissout et la corrosion commence.

Facteurs favorisants

La vitesse de pénétration du front de carbonatation dépend principalement de la porosité du béton (ratio eau/ciment élevé), de l’épaisseur d’enrobage, du degré d’humidité ambiant (la carbonatation est maximale pour une humidité relative de 50 à 70 %) et des conditions d’exposition (béton en atmosphère urbaine ou industrielle riche en CO₂).

Manifestations et diagnostic

La carbonatation se manifeste initialement par des fissures longitudinales le long des armatures, suivies par l’éclatement de l’enrobage sous l’effet du gonflement des produits de corrosion (volume 6 à 7 fois supérieur à celui de l’acier initial). Le diagnostic s’effectue par test à la phénolphtaléine sur des carotes prélevées : le béton non carbonaté vire au rose-violet, tandis que le béton carbonaté reste incolore, permettant de mesurer précisément le front de carbonatation.

2. L’attaque par les chlorures : la corrosion par piqûres

Mécanisme

Les ions chlorure (Cl⁻) sont les ennemis les plus redoutables des armatures en béton armé. Présents dans l’eau de mer, les sels de déverglaçage routier, certains granulats marins ou les produits d’adjuvantation historiques contenant du CaCl₂, les chlorures pénètrent par diffusion dans le béton. Lorsque leur concentration dépasse un seuil critique au niveau des armatures (généralement 0,4 % de la masse de ciment), ils déstabilisent localement la couche passivante et initient des piqûres de corrosion anodique.

Spécificité de la corrosion par piqûres

Contrairement à la corrosion par carbonatation qui s’étend de manière relativement homogène sur toute la longueur des armatures, la corrosion par chlorures génère des piqûres localisées et profondes, pouvant réduire très rapidement la section résistante des armatures jusqu’à leur rupture. Ce caractère localisé la rend particulièrement insidieuse, car les premiers signes visibles en surface peuvent être inexistants alors que la dégradation est déjà avancée en profondeur.

Diagnostic

Le diagnostic de la corrosion par chlorures repose sur la mesure de la teneur en chlorures par analyse chimique sur carottes à différentes profondeurs, la cartographie des potentiels électrochimiques (demi-pile) pour localiser les zones de corrosion active, et la mesure de la résistivité du béton pour évaluer sa conductivité ionique.

3. La corrosion galvanique : la corrosion par couplage électrochimique

Mécanisme

La corrosion galvanique se produit lorsque deux métaux de potentiels électrochimiques différents se trouvent en contact électrique dans un milieu conducteur (l’eau dans le béton jouant le rôle d’électrolyte). Le métal le moins noble (anode) se corrode préférentiellement au profit du métal le plus noble (cathode). Dans les structures en béton armé, ce type de corrosion est rencontré aux jonctions entre armatures en acier ordinaire et éléments en acier inoxydable, aluminium (fixations de façade) ou encore aux reprises de bétonnage entre béton frais et béton carbonaté.

Contextes particulièrement exposés

Les structures les plus exposées à la corrosion galvanique sont les ouvrages en milieu marin ou en zone de marnage, les parkings étages traités aux sels de déverglaçage, les structures mixtes acier-béton avec des connexions multiples et les réparations localisées au mortier cimentaire sur un béton de structure dégradé (création d’une pile galvanique entre la zone réparée et le béton adjacent).

4. La corrosion bactérienne : la corrosion microbiologique

Mécanisme

Moins connue mais particulièrement dévastatrice dans certains environnements spécifiques, la corrosion bactérienne (ou corrosion microbiologiquement induite — CMI) est causée par des micro-organismes dont le métabolisme produit des acides ou des composés soufrés qui attaquent à la fois le béton et les armatures. Les bactéries sulfato-réductrices (BSR), qui prolifèrent dans les milieux anaérobies (égouts, réseaux d’assainissement, stations d’épuration), réduisent les sulfates en sulfures d’hydrogène (H₂S), qui s’oxydent ensuite en acide sulfurique (H₂SO₄) — un acide capable de dissoudre la pâte de ciment et de décapasser les armatures.

Structures concernées

Les ouvrages d’assainissement (collecteurs, postes de refoulement, stations d’épuration), les tunnels, les fondations en milieu marécageux ou côtier et les infrastructures en contact avec des effluents industriels sont les plus exposés à la corrosion bactérienne. Le diagnostic nécessite des analyses microbiologiques spécifiques en laboratoire, en complément des investigations classiques.

5. La réaction alcali-silice (RAS) et son interaction avec la corrosion

Mécanisme

La réaction alcali-silice (RAS) est une réaction chimique qui se produit entre les alcalins du ciment (sodium et potassium) et certains granulats siliceux réactifs en présence d’eau. Elle génère un gel silico-alcalin hygroscopique qui absorbe l’eau, gonfle et crée des contraintes internes considérables dans le béton. Ces expansions internes se manifestent par un réseau caractéristique de fissures en « map-cracking » (cartographie) visible en surface, accompagné d’une déformation générale de l’ouvrage.

Interaction avec la corrosion des armatures

Si la RAS ne constitue pas à proprement parler un mécanisme de corrosion des armatures, elle joue un rôle de catalyseur majeur dans leur dégradation. En effet, les fissures créées par la RAS augmentent considérablement la perméabilité du béton, facilitant la pénétration du CO₂ et des chlorures vers les armatures et accélérant ainsi les mécanismes de corrosion décrits précédemment. La synergie entre RAS et corrosion constitue une des formes les plus sévères de dégradation des structures en béton armé.

Diagnostic de la RAS

Le diagnostic de la RAS s’appuie sur l’observation pétrographique des carottes en lame mince, la mesure des expansions résiduelles par barreaux de mortier selon la norme ASTM C1293, et l’analyse chimique de la teneur en alcalins. La cartographie des déformations par nivellement topographique complète cette approche pour les structures présentant des déformations significatives.

Tableau de synthèse : les 5 types de corrosion

— Type 1 : Carbonatation | Cause : CO₂ atmosphérique | Manifestation : fissures longitudinales, éclatements | Méthode de diagnostic : Test phénolphtaléine, profondeur de carbonatation

— Type 2 : Attaque aux chlorures | Cause : Sels de mer, déverglaçage | Manifestation : piqûres localisées profondes | Méthode de diagnostic : Dosage chlorures, cartographie potentiels

— Type 3 : Galvanique | Cause : Couplage bimétallique | Manifestation : Corrosion localisée à la jonction | Méthode de diagnostic : Mesure de potentiels, inspection visuelle

— Type 4 : Bactérienne | Cause : Bactéries sulfato-réductrices | Manifestation : Dissolution béton + armatures | Méthode de diagnostic : Analyses microbiologiques

— Type 5 : RAS (catalyseur) | Cause : Réaction alcali-silice | Manifestation : Map-cracking, déformations | Méthode de diagnostic : Pétrographie, mesure expansions

Stratégies de prévention et de traitement

Face à ces différents mécanismes de corrosion, Diag Expertise préconise une approche en trois niveaux :

• Prévention à la conception : choix d’un rapport eau/ciment faible (< 0,45), enrobage suffisant des armatures (selon l’exposition EN 206), utilisation de ciments résistants aux sulfates en milieu agressif, protection par inhibiteurs de corrosion.
• Surveillance et maintenance préventive : inspections périodiques par des ingénieurs qualifiés, mesures électrochimiques régulières sur les ouvrages exposés, suivi des fissures avec fissuromètre.
• Réparation et protection : selon l’état d’avancement de la corrosion, les traitements vont du simple revêtement de protection de surface à la réparation structurelle complète par ragréage, passivation des armatures et application d’une protection cathodique.

Conclusion

La corrosion des armatures dans les structures en béton armé est un phénomène complexe, multifactoriel et souvent insidieux, dont les conséquences structurelles peuvent être dramatiques si elles ne sont pas détectées et traitées à temps. La connaissance des différents mécanismes de corrosion — carbonatation, chlorures, galvanique, bactérienne, RAS — est indispensable pour mettre en œuvre un diagnostic pertinent et des solutions de traitement efficaces. Diag Expertise dispose des compétences, des équipements et des partenariats laboratoires nécessaires pour vous offrir une expertise complète et fiable sur l’état de vos structures en béton armé.

Votre structure en béton armé présente des signes de corrosion ou de dégradation ?

Diag Expertise intervient partout en France pour vos diagnostics et études structurelles.