V.6.2 - Traitement de protection cathodique
V.6.2.1 - Principe de la protection
cathodique
La protection cathodique des armatures métalliques
dans un béton est un traitement appliqué de façon
permanente qui permet de ralentir voire d'arrêter leur corrosion. Elle
consiste à abaisser le potentiel électrochimique de l'armature
jusqu'à une valeur seuil appelée potentiel de protection qui est
telle que la vitesse de corrosion de l'acier devient négligeable.
Le principe de la protection cathodique consiste à
polariser l'armature dans le béton à l'aide d'une anode
placée de façon permanente sur le parement ou parfois dans
l'enrobage. Le courant de polarisation qui circule de l'anode vers l'armature
se situe entre 2 et 50 mA par mètre carré de surface
d'armature.
Il existe deux techniques de protection cathodique :
- par courant imposé : un générateur
électrique est placé entre l'anode et l'armature ;
- par anode sacrificielle (courant galvanique) : l'anode
en alliage correctement sélectionné est directement relié
à l'armature.
La protection cathodique de l'acier dans le béton fait
l'objet de la norme européenne NF-EN 12696 « Protection
cathodique de l'acier dans le béton ». Elle doit être
étudiée, mise en oeuvre et appliquée par un personnel
compétent.
V.6.2.2 - Expertises et travaux avant application
La protection cathodique est nécessaire lorsque les
armatures du béton armé se corrodent ou sont susceptibles de se
corroder. Un diagnostic de l'état du béton et des armatures de la
structure permet de préciser la nécessité d'un
renforcement ou d'une réparation, avant la mise en place d'un
système de protection cathodique.
L'état de la structure, son intégrité
structurelle et la nécessité de certaines réparations font
l'objet d'une évaluation par un spécialiste.
Toutes les informations disponibles doivent être
exploitées et complétées par un examen du site et
éventuellement par des essais pour déterminer la nature et
l'ampleur des désordres et des réparations à
effectuer :
- examen visuel et recherche des délaminages ;
- épaisseur d'enrobage et localisation des
armatures ;
- analyse des chlorures (profil des teneurs) ;
- profondeur de carbonatation ;
- continuité électrique des armatures ;
- potentiel d'armature ;
- résistivité électrique du
béton.
Des analyses complémentaires sont utiles, comme la
résistivité de surface et la vérification de l'absence de
risque d'alcali-réaction.
Des travaux préalables peuvent être
nécessaires avant application de la protection cathodique :
- élimination du béton dégradé
ainsi que du béton de réparation, présentant une
résistivité significativement différente ;
- préparation des armatures : enlever la rouille
non adhérente et rétablir la continuité électrique
(si besoin) ;
- reconstitution de l'enrobage pour avoir une distance
minimale de 20 mm entre l'armature et le parement extérieur ;
- reconstitution du parement avec un matériau à
base de ciment.
V.6.2.3 - Conception
Les expertises préalables permettent de
délimiter les zones à traiter. Les groupes d'armature qui ne sont
pas reliés électriquement sont considérés comme
étant des zones distinctes.
Les dimensions des anodes et la capacité du
générateur de courant sont définies en fonction des
dimensions des armatures (diamètres, longueurs) à traiter.
Le calcul de dimensionnement a pour but de définir les
caractéristiques de l'installation type (type et quantité
d'anodes à mettre en place, courant total nécessaire et tension
correspondante, nombre de zones de contrôle et par conséquent,
nombre d'électrodes de référence à implanter,
connexion cathodes (sur armatures) ainsi que chemin de câblage).
L'étude détallée de l'installation de la
protection cathodique conduit à l'établissement d'un plan
qualité comprenant :
Une note de calcul, détaillée
indiquant notamment :
- le nombre et l'emplacement de zones anodiques ;
- la consommation en courant [mA/m2 (acier)] pour
chaque zone ;
- le type d'anode choisi ;
- le nombre et l'emplacement des capteurs de surveillance et
contrôle.
Des plans d'installation
détaillés portant sur :
· l'emplacement des anodes et des connexions
anodiques ;
· le câblage (boîtiers de raccordement et
câbles positifs et négatifs);
· le positionnement du transformateur-redresseur
(courant imposé) ;
· le détail des connexions (aux anodes, capteurs,
etc.) ;
· l'emplacement et le câblage des capteurs.
Les spécifications
détaillées relatives aux matériaux d'installations
Les déclarations ou spécifications
détaillées relatives :
- à la méthode d'installation,
- aux essais ;
- à la mise sous tension ;
- à la mise en service ;
- à l'exploitation.
V.6.2.4 - Procédure d'application
Une installation de protection cathodique se met en
place en plusieurs étapes.
V.6.2.4.1 - Installation des anodes
Des trous sont forés dans le parement de
béton pour mettre à nu les armatures et les connecter au
réseau électrique. Ces trous sont ensuite bouchés.
Les anodes sont généralement
plaquées à la surface du parement mais elles peuvent aussi
être enfouies dans le béton. Chaque type d'anode a son mode
d'installation particulier, comme l'indique la norme européenne NF EN
12.696.
Toutes les surfaces en béton destinées à
recevoir les anodes superficielles doivent être
préparées.
Ces anodes sont généralement en titane
(activé), en zinc, des peintures conductrices, etc. après leur
mise en place, les anodes en titane enrobées de mortier ( d'une
épaisseur supérieur à 20 mm).
Les anodes sous forme de peintures peuvent être
recouvertes d'une autre couche (de finition) pour des raisons
d'esthétique et pour améliorer leur tenue à
l'atmosphère.
Les anodes placées à l'intérieur du
béton sont enrobées de matériau à base de
ciment.
V.6.2.4.2 - Installation des capteurs
Des capteurs sont à placer dans le béton pour
permettre le suivi de l'installation. Ils sont installés dans les zones
les plus fortement soumises à la corrosion. Il s'agit
d'électrodes de référence et de sonde de
température. Mais d'autres types de capteurs peuvent être
installés (sonde pour caractériser le courant de polarisation,
etc.)
V.6.2.4.3 - Mise en service
La mise en service comporte les étapes
suivantes :
Avant la mise sous tension
a)- Inspection visuelle
- des circuits électriques (polarisation et mesures)
pour confirmer que tous les composants et câbles sont correctement
installés, étiquetés et si nécessaire,
protégés des possibilités de dommages dus à
l'environnement, à l'homme ou aux animaux.
- du recouvrement des anodes et sondages au marteau pour
vérifier que l'adhérence est correcte en tout point.
· Vérification
- de la polarité de tous les circuits,
- de la continuité de tous les circuits ;
- de l'insolation de tous les circuits
électriques ;
- du matériel de mesure centralisée
électronique et/ou de transmission des données faisant partie du
système de surveillance.
· Mesure des grandeurs
suivantes :
- potentiel de l'acier par rapport aux électrodes de
référence installées de manière permanente et aux
capteurs de dépolarisation ;
- potentiel de l'acier par rapport à des
électrodes de référence portables ;
- différence de potentiel entre l'armature et
l'anode ;
- toutes les données de base des autres capteurs
faisant partie du système de surveillance.
Mise sous tension initiale
· La première mise sous tension comporte
de préférence les étapes suivantes :
- une polarisation appliquée progressivement et par
palier pour chaque zone individuelle (courant imposé) ;
- enregistrement à chaque palier de l'intensité
I de l'alimentation et du potentiel de structure Ec pour
déterminer le courant de protection I0.
- maintien du courant de protection Io sur une durée
suffisante pouvant aller jusqu'à 28 jours ou plus.
· La performance initiale s'évalue en
mesurant :
- la tension de sorties
- l'intensité du courant dans chaque zone avec calcul
de la résistance du circuit ;
- les potentiels instantanés à courant
coupé au niveau de toutes les électrodes de
référence installés de manière permanente ;
- la dépolarisation après coupure permanente de
l'alimentation ;
- les paramètres de tous les autres capteurs comme
éléments de surveillance.
Mise sous tension
définitive
Le réglage définitif du courant de polarisation
Io est effectué après un délai de l'ordre de 28 jours ou
plus.
V.6.2.4.4 - Exploitation et maintenance
Le fonctionnement d'une installation de protection cathodique
se contrôle en continu, surtout par mesure du courant de polarisation
pour chaque zone d'anode. Les données des autres capteurs sont
relevées suivant une périodicité qui est indiquée
dans le plan qualité.
Le contrôle du fonctionnement de cette installation est
consigné dans un procès-verbal pour les actions
suivantes :
- les inspections de routine (avec enregistrement) qui
permettent de vérifier le bon fonctionnement de la protection cathodique
et d'évaluer la performance des éléments et analyse des
résultats ;
- le suivi de l'installation qui reprend toutes les
données des anciennes inspections de routine et englobe un examen visuel
de l'installation, une nouvelle inspection de routine. Il est à noter
que si l'installation est équipée d'un système de gestion
à distance, le déplacement sur le site n'est nécessaire
que pour le suivi de l'installation, sauf si des évènements
anormaux ont été détectés ;
- le contrôle de l'efficacité à 5 ans par
observation visuelle d'armatures dégagées pour la circonstance,
ainsi qu'un essai de coupure de courant.
V.6.2.5 - Contrôle de la mise en
oeuvre
Le contrôle interne à l'entreprise porte sur
l'ensemble des phases énumérées ci-avant.
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