Corrosion des métaux employés dans la construction

Corrosion des métaux employés dans la construction

Publié à l'origine en avril 1963.

P. J. Sereda



Les métaux ont de multiples applications dans la construction des
maisons. C'est pourquoi les problèmes auxquels leur corrosion donne
lieu sont extrêmement variés. On trouvera dans le présent digeste un
simple aperçu de ces problèmes ainsi qu'un exposé des principes
susceptibles d'aider les architectes à réduire le coût énorme de la
corrosion. Pour obtenir des renseignements précis en ce qui concerne
les problèmes pratiques de la corrosion le lecteur devra consulter les
nombreuses publications des comités d'études sur la corrosion de l'American Society for Testing and Materials et de la British Iron and Steel Research Association. La National Association of Corrosion Engineers a, pour sa part, publié les résultats de nombreuses recherches effectuées dans le domaine de la corrosion.

La technologie de la corrosion est maintenant bien établie comme
branche du génie civil. Des spécialistes peuvent être consultés au
sujet des méthodes à suivre pour empêcher la corrosion des métaux. Ces
spécialistes sont très précieux dans l'industrie du bâtiment,
particulièrement au stade où l'on dresse les plans. A ce stade les
modifications sont relativement faciles. Après la construction, elles
seraient très coûteuses.

Tout processus donnant lieu à la détérioration et la dégradation des
métaux est une corrosion. La corrosion la plus connue est la rouille du
fer et de l'acier. Les processus de corrosion sont généralement de
nature électro-chimique. Leurs caractéristiques essentielles sont
semblables à celles des piles. En présence d'un liquide conducteur
qu'on appelle électrolyte, des métaux dissemblables engendrent une
différence de potentiel et produisent un courant électrique. Une telle
différence de potentiel peut également se produire entre deux parties
d'un même métal par suite de petites différences de composition ou de
structure ou par suite de différences dans les conditions auxquelles
ons auxquelles la surface du métal est exposée. La partie du métal qui
constitue la zone corrosive s'appelle "anode" tandis que la la surface
du métal est exposée. La partie du métal qui constitue la zone
corrosive s'appelle "anode" tandis que la partie qui joue le rôle du
pôle négatif dans les piles s'appelle "cathode". Cette dernière n'est
pas corrosive mais elle constitue une partie essentielle du système.
Dans les systèmes de corrosion rencontrés dans les éléments métalliques
des bâtiments, on a souvent affaire à un seul métal et l'électrolyte
est constitué par de l'eau dans laquelle quelques sels sont dilués. La
corrosion peut même se produire avec de l'eau pure s'il y a de
l'oxygène tout près. En effet, l'oxygène se combine avec l'hydrogène
engendré à la cathode et cette élimination de l'hydrogène permet à la
réaction de continuer. D'autres agents et, en particulier, certaines
bactéries du sol qui éliminent l'hydrogène, peuvent jouer le rôle de
dépolariseurs et amorcer le processus de la corrosion.

Par suite de son coût raisonnable et de ses nombreuses propriétés
adéquates, l'acier est le métal le plus employé dans la construction.
Pour le protéger comme il faut, il suffit souvent de l'enduire
d'apprêts spéciaux. Dans certains cas, il est peut-être préférable
d'avoir recours à des métaux qui résistent mieux que l'acier à la
corrosion, si leur coût initial, n'est pas exorbitant et s'ils sont
susceptibles de servir longtemps.

Pour faciliter la présente étude nous classerons les éléments
métalliques, employés dans la construction des maisons, en quatre
catégories: 1) ceux qui sont employés à l'extérieur, comme les
revêtements, les toitures et les couvre-joints métalliques, 2) ceux qui
sont incorporés dans la construction comme les charpentes et les
armatures d'acier, les tirants de maçonnerie et les plaques
d'isolement, 3) ceux qu'on emploie dans, la plomberie comme les tuyaux,
les réservoirs d'eau chaude, les conduites de drainage et les
canalisations de chauffage, 4) ceux qui sont qui sont enterrés.

Corrosion des métaux employés à l'extérieur des bâtiments

Les métaux employés à l'extérieur des bâtiments sont soumis, en
premier lieu, aux conditions météorologiques. Il faut donc les protéger
contre es intempéries. Les principaux facteurs qui facilitent la
corrosion des métaux sont la température, la pollution par l'anhydride
sulfureux et les chlorures et le temps durant lequel les métaux restent
mouillés. Ces facteurs sont actuellement étudiés en différents lieux
afin de comparer les corrosions auxquelles on peut s'attendre en ces
différents lieux. Une méthode plus directe a été employée qui consiste
à exposer des échantillons de divers métaux en différents endroits et à
déterminer les taux de corrosion à partir des pertes de poids
enregistrées après nettoyage. Cette méthode a prouvé que l'action
corrosive des intempéries est très différente selon les endroits et
qu'elle varie beaucoup aussi selon les métaux. Différents métaux de
construction ont été exposés aux intempéries dans huit stations, au
Canada, sous les auspices du Comité associé d'études sur la corrosion.
Le Conseil National de Recherches du Canada a déjà publié les relevés
applicables à des expositions aux intempéries de 2 et de 5 ans. Aux
Etats-Unis, l'American Society for Testing and Materials encourage
depuis longtemps des études concernant la résistance aux intempéries et
de nombreux renseignements sont disponibles en ce qui concerne dix
stations américaines.

Les renseignements ainsi obtenus ne font que donner une idée de la
corrosiveté des métaux qui serviront de couvre- joints, ou de
revêtements pour les murs et les toitures. La façon de placer les
métaux peut avoir une grande influence en ce qui concerne la gravité de
la corrosion. Par exemple, le surplomb d'un toit peut protéger un
revêtement métallique mural d'une grande partie des pluies et des
rosées. Des arrangements de cette sorte doivent être réalisés chaque
fois que cela est possible de façon à ce que le métal se corrode moins
vite. Les toits, les gouttières et les goulottes doivent être installés
de façon à ce que l'eau ne puisse s'accumuler nulle part. Les métaux se
corrodent aussi longtemps qu'ils sont mouillés. Une attention très
particulière doit être apportée au dessin des ponts, des tours et des
autres ouvrages métalliques à ciel ouvert. Des fers en U peuvent être
soudés de telle sorte qu'ils forment des augettes où l'eau s'accumule.
Cette situation risque de causer une grave corrosion du métal assujetti
à de l'humidité pendant plus longtemps que s'il était simplement
mouillé par la pluie et la rosée. On peut dire que le principal facteur de corrosion du fer et de l'acier des bâtiments est une mauvaise installation.

La pollution de l'air par l'anhydride sulfureux qui provient de la
combustion du charbon est une autre cause sérieuse de corrosion. Une
cheminée installée au sommet d'un bâtiment peut dégager de grandes
quantités d'anhydride sulfureux qui corrodera fortement les parties
métalliques des toitures proches. L'une des stations d'observation du
Comité associé d'études sur la corrosion est située sur l'Immeuble
Fédéral à Halifax lequel est précisément exposé à de grandes quantités
d'anhydride sulfureux. Cet immeuble, en fait, reçoit environ 20 fois
plus d'anhydride que la moyenne des immeubles de Halifax et la
corrosion y est également 20 fois plus forte qu'ailleurs dans la ville.
Les différents métaux sont affectés de façons différentes par les
changements qui se produisent dans les conditions extérieures.

Il a été démontré, récemment, que la chaleur est une cause
importante de corrosion de l'acier dans l'atmosphère. C'est pourquoi
l'acier employé dans le Nord, où la température moyenne est plus basse,
n'a pas besoin d'être protégé autant contre la corrosion. Les centres
nordiques sont, par ailleurs, moins pollués par l'anhydride sulfureux
et peut-être sont-ils moins humides. Cela peut expliquer pourquoi
l'acier se corrode 33 fois plus vite à Ottawa qu'à Norman Wells par
exemple.

Corrosion des métaux employés à l'intérieur des bâtiments

Les charpentes d'acier constituent le plus gros du métal employé
dans les bâtiments. Heureusement ces charpentes sont souvent
incorporées dans la construction. Elles sont isolées du milieu
extérieur par les revêtements des murs et les toitures et du milieu
intérieur par la finition. Lorsque les charpentes d'acier sont exposées
à l'eau, soit à cause de la pénétration de la pluie, soit à cause de la
condensation de la vapeur d'eau, elles se corrodent, ce qui peut mettre
en danger les bâtiments eux-mêmes. Seuls des plans bien faits et des
matériaux bien utilisés peuvent empêcher une telle condition. Une bonne
ventilation des fumées corrosives s'échappant des usines peut ralentir
la corrosion des charpentes d'acier dans les bâtiments qui sont exposés
à ces fumées.

Corrosion de l'acier dans le béton et la maçonnerie

Les armatures métalliques des bétons armés et précontraints
constituent une grande partie des métaux employés dans les bâtiments.
Les conditions rencontrées au coeur des masses de béton et de mortier
sont bonnes pour l'acier. De nombreux ouvrages en béton armé,
construits depuis longtemps, sont là pour témoigner de ce fait. Il
existe, néanmoins, des cas où les armatures encastrées dans du béton
n'ont pas donné satisfaction. Ces cas sont dus, généralement, à des
bétons ou à des maçonneries de mauvaise qualité ou à des plans mal
faits. Quoi qu'il en soit l'eau a pénétré, soit parce que l'épaisseur
du béton était insuffisante, soit parce que les joints étaient mai
bouchés. Les bétons de mauvaise qualité comme ceux qui résultent d'un
mauvais rapport eau/ciment, sont très perméables à l'eau, et si l'eau
contient des sels, l'armature d'acier sera inévitablement attaquée par
la corrosion. Rien ne vaut un solide bouclier de béton de bonne qualité!

La corrosion des armatures métalliques dans le béton a également été
attribuée au chlorure de calcium qu'on ajoute aux bétons coulés en
hiver. Des serpentins d'acier de chauffage par rayonnement ont été
gravement corrodés à cause du chlorure de calcium qui avait été
employé. Le châssis fixe d'une porte de chambre forte a été gravement
gauchi a cause d'un jointoyage, autour de la porte, qui contenait du
chlorure de calcium. Le châssis s'est déformé vers l'intérieur à cause
dune corrosion du côté du jointoyage, ce qui a empêché la fermeture de
la porte. Il est maintenant certain que l'addition de chlorure de
calcium au béton favorise la corrosion des armatures.

On s'occupe beaucoup, actuellement, du problème de l'acier incorporé
au béton, par suite de la mise en oeuvre du béton précontraint dans
lequel même les plus petites traces de corrosion risquent d'être
graves. L'effet du chlorure de calcium sur des métaux autres que
l'acier devrait également être étudié. On a déjà constaté la rupture
rapide de conduites d'aluminium encastrées dans du béton contenant du
chlorure de calcium.

Pour que les attaches métalliques employées dans la maçonnerie se
dégradent par corrosion il faut que la pluie pénètre dans la
maçonnerie. Si ces attaches ne reçoivent pas d'eau leur corrosion sera
insignifiante. Des attaches de métal ont servi pendant 75 ans dans un
bâtiment à Halifax sans être très corrodées. Certains métaux, comme
l'aluminium, qu'on emploie comme couvre-joints encastrés dans du
mortier devraient être protégés par une couche bitumineuse.

Corrosion des métaux employés pour l'eau, le gaz etc. dans les bâtiments

Plusieurs types de métaux sont employés pour les circuits d'eau, de
gaz etc. dans les bâtiments. Les circuits où la corrosion risque d'être
un problème sont ceux du chauffage, de l'approvisionnement en eau et de
l'évacuation des eaux usées.

Le système de chauffage peut donner lieu à des problèmes de
corrosion s'il fonctionne à la vapeur ou à l'eau chaude. La chaudière
se corrodera et se couvrira de tartres si l'eau n'est pas
convenablement traitée. Quoi qu'il existe une technologie bien établie
en ce qui concerne ce traitement de l'eau, on n'y a pas toujours
recours, ce qui donne lieu à des résultats désastreux. La corrosion des
canalisations de retour des eaux condensées peut aussi constituer un
grave problème à cause de la présence d'oxygène ou d'anhydride
carbonique.

Lorsqu'on fait circuler de l'eau chaude dans les systèmes de
chauffage par rayonnement on peut avoir, comme nous l'avons déjà vu, un
problème dû à la corrosion des serpentins par l'extérieur. Ces
serpentins, tout comme les conduites ordinaires d'eau chaude, peuvent
être également corrodés par l'intérieur. Il est recommandé de ne pas
employer des métaux différents dans un circuit donné afin d'empêcher
que ne se forme une corrosion galvanique aux points de contact de
métaux dissemblables et que ne se déposent des ions d'un métal sur un
autre comme dans le cas du cuivre et du zinc. Il est possible
d'employer des anticorrosifs comme les phosphates et les silicates pour
restreindre la corrosion à l'intérieur des conduites d'eau. Un
traitement partiel, cependant, peut être pire que pas de traitement du
tout, en ce qui concerne certains anticorrosifs. Quoi qu'il en soit,
une attention efficace et régulière est nécessaire pour tous les
anticorrosifs.

Les circuits d'eau, particulièrement d'eau chaude, donnent lieu à de
nombreux problèmes de corrosion très graves. Le premier facteur de
corrosion est l'eau elle-même qui contient de l'oxygène et des sels
dissous. L'eau de chaque municipalité a une composition et une
corrosiveté spécifiques. Du fait que les approvisionnements en eau
fraîche n'ont pas de circuits de retour leur oxygène ne disparaît
jamais comme dans le cas des systèmes de chauffage à eau chaude. Il ne
serait pas pratique, ni économique d'ajouter des anticorrosifs à ces
approvisionnements. Lorsque l'eau est dure on l'adoucit parfois. Cela
rend l'eau plus corrosive du fait que les éléments susceptibles de
former des tartres sont enlevés. Les tartres ont souvent un pouvoir
anticorrosif du fait qu'elles constituent un revêtement protecteur.

La température est un autre facteur important de la corrosion par
l'eau. C'est ainsi que les réservoirs d'eau chaude donnent lieu à une
corrosion très forte. Les réservoirs les plus affectés sont les
réservoirs galvanisés. Ces réservoirs sont économiques et ils donnent
satisfaction dans certaines conditions de service et avec certains
types d'eau. Cependant, dans de nombreux cas, la corrosion des
réservoirs en acier galvanisé est un grave problème et de nombreuses
études ont été effectuées en vue de trouver une solution. Les
réservoirs d'eau chaude ne devraient jamais avoir une température
supérieure à 150 ° F. On a constaté, dans certains cas, que les
réservoirs galvanisés peuvent servir trois fois plus longtemps si la
température, au lieu d'être de 170° est ramenée à 150 °. Les tuyaux qui
débouchent d'un réservoir galvanisé devraient être en cuivre sur une
longueur de plusieurs pieds. Les grands chauffe-eau extérieurs qu'on
coupe lorsque l'eau est assez chaude semblent moins sujets à la
corrosion que les petits chauffe-eau à thermostat et à élément immergé.
Tout problème spécifique de corrosion ne peut être résolu qu'en
considérant les effets conjugués de ces deux facteurs fondamentaux: les
caractéristiques de l'eau et le type du système employé y compris ses
conditions de fonctionnement.

Les matériaux comme le cuivre qui résistent bien à la corrosion
n'empêchent pas toujours la corrosion de se produire dans les circuits.
On connaît des cas où de l'eau contenant de l'anhydride carbonique
dissous a gravement corrodé des tuyaux de cuivre dans certaines
conditions d'emploi. Les eaux douces légèrement acides (faible pH)
peuvent également attaquer le cuivre. Il est donc certain que les
matériaux ne donneront satisfaction que si leurs conditions d'emploi
sont favorables et il est également certain qu'à chaque matériau
correspond des conditions d'emploi très spécifiques. C'est là une des
raisons pour lesquelles l'agencement de plusieurs types de matériaux
dans un seul système peut donner lieu à des ennuis, en particulier à
cause de la présence possible d'un "maillon" plus faible et à cause du
problème de l'interaction de matériaux dissemblables qui peuvent donner
lieu à une corrosion galvanique.

Métaux enterrés

Certains éléments métalliques employés dans la construction peuvent
être enterrés, comme par exemple les pieux de fondation et les
conduites d'eau. Les conditions rencontrées dans les divers types de
sol sont très variées et c'est pourquoi les effets corrosifs des sols
sont très différents. Des problèmes de corrosion particulièrement
graves peuvent avoir lieu par suite de la présence dans le soi de
certaines bactéries. On trouve ces bactéries dans les argiles et dans
les boues qui résident au fond de certains lacs et de certains cours
d'eau. Les ingénieurs doivent toujours rechercher la présence de ces
conditions car les dommages causés par la corrosion aux métaux enterrés
pourraient fort bien n'être détectés que trop tard pour améliorer la
situation et le remplacement des parties défectueuses pourrait être
extrêmement coûteux, sinon impossible. Une protection cathodique au
moyen d'un courant électrique établi, en plus de l'emploi d'un
revêtement d'asphalte constitue la meilleure méthode qu'on- puisse
employer pour protéger les métaux enfouis dans un sol susceptible de
les corroder. Il faut éviter d'employer des terres contenant des
particules corrosives lorsqu'on doit remblayer.

En tenant sérieusement compte des principes impliqués dans la
corrosion des métaux, les architectes seront mieux à même de veiller à
ce que les métaux soient toujours employés dans des conditions
favorables. Des plans bien conçus et des matériaux judicieusement
choisis feront faire de grandes économies aux propriétaires de maisons
et à la nation tout entière.

merci , excilent sujet